Jorden kan frigive meget mere kulstof end forventet, når klimaet opvarmes

Jord kan frigive meget mere CO2 end forventet til atmosfæren, når klimaet opvarmes, ifølge ny forskning udført af forskere fra Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab).

Deres resultater er baseret på et felteksperiment, der for første gang, undersøgt, hvad der sker med organisk kulstof, der er fanget i jorden, når alle jordlag opvarmes, som i dette tilfælde strækker sig til en dybde på 100 centimeter. Forskerne opdagede, at opvarmning af både overfladen og de dybere jordlag på tre forsøgsparceller øgede parcellernes årlige frigivelse af CO2 med 34 til 37 procent i forhold til ikke-opvarmet jord. Meget af CO2 stammer fra dybere lag, indikerer, at dybere kulstoflagre er mere følsomme over for opvarmning end hidtil antaget.

De rapporterer deres arbejde online 9. marts i journalen Videnskab .

Resultaterne kaster lys over, hvad der potentielt er en stor kilde til usikkerhed i klimafremskrivninger. Jordens organiske kulstof indeholder tre gange så meget kulstof som jordens atmosfære. Ud over, opvarmning forventes at øge den hastighed, hvormed mikrober nedbryder jordens organiske kulstof, frigiver mere CO2 til atmosfæren og bidrager til klimaændringer.

Men, indtil nu, størstedelen af ​​feltbaserede jordopvarmningseksperimenter fokuserede kun på de øverste 5 til 20 centimeter jord - hvilket efterlader en masse kulstof uopklaret. Eksperter vurderer, at jord under 20 centimeters dybde indeholder mere end 50 procent af jordens lager af organisk kulstof i jorden. De store spørgsmål har været:i hvor høj grad reagerer de dybere jordlag på opvarmning? Og hvad betyder det for udledningen af ​​CO2 til atmosfæren?

"Vi fandt ud af, at responsen er ret signifikant, " siger Caitlin Hicks Pries, en postdoc-forsker i Berkeley Lab's Climate and Ecosystem Sciences Division. Hun udførte forskningen sammen med den korresponderende forfatter Margaret Torn, og Christina Castahna og Rachel Porras, som også er Berkeley Lab -forskere.

"Hvis vores resultater anvendes på jord rundt om på kloden, der ligner det, vi undersøgte, betyder jord, der ikke er frossen eller mættet, vores beregninger tyder på, at opvarmning af dybere jordlag i 2100 kan forårsage frigivelse af kulstof til atmosfæren med en hastighed, der er betydeligt højere end i dag, måske endda så højt som 30 procent af nutidens menneskeskabte årlige kulstofemissioner afhængigt af de antagelser, som estimatet er baseret på, " tilføjer Hicks Pries.

Behovet for bedre at forstå reaktionen af ​​alle jorddybder på opvarmning understreges af fremskrivninger, der, i løbet af det næste århundrede, dybere jordarter vil varme op i nogenlunde samme hastighed som overfladejord og luft. Ud over, Mellemstatsligt panel om klimaændringssimuleringer af den globale gennemsnitlige jordtemperatur, ved at bruge et "business-as-usual"-scenarie, hvor kulstofemissionerne stiger i de kommende årtier, forudsige, at jorden vil opvarme 4° Celsius i 2100.

For at studere de potentielle virkninger af dette scenarie, forskerne i Berkeley Lab var banebrydende for et innovativt eksperimentelt setup ved University of California's Blodgett Forest Research Station, som ligger ved foden af ​​Californiens Sierra Nevada-bjerge. Jorden på forskningsstationen er repræsentativ for tempererede skovjord, der igen tegner sig for omkring 13,5 procent af jordarealet på verdensplan.

Forskerne byggede deres forsøg omkring seks jordbund, der måler tre meter i diameter. Omkredsen af ​​hver grund var omkranset med 22 varmekabler, der var sænket lodret mere end to meter under jorden. De opvarmede tre af grundene 4° Celsius i mere end to år, efterlader de tre andre grunde uopvarmede for at tjene som kontroller.

De overvågede jordens respiration på tre forskellige måder i løbet af eksperimentet. Hvert plot havde et automatiseret kammer, der målte strømmen af ​​kulstof ved overfladen hver halve time. Ud over, en dag hver måned, Hicks Pries og holdet målte overfladekulstofstrømme på syv forskellige steder på hvert plot.

En tredje metode undersøgte det altafgørende underjordiske rige. Et sæt "sugerør" i rustfrit stål blev installeret under overfladen på hver grund. Forskerne brugte sugerørene til at måle CO2 -koncentrationer en gang om måneden i fem dybder mellem 15 og 90 centimeter. Ved at kende disse CO2-koncentrationer og andre jordegenskaber, de kunne modellere, i hvilket omfang hver dybde bidrog til mængden af ​​CO2, der blev frigivet ved overfladen.

De opdagede, at af stigningen på 34 til 37 procent i CO2 frigivet på de tre opvarmede grunde, 40 procent af denne stigning skyldtes CO2, der kom fra under 15 centimeter. De fandt også, at jordens følsomhed over for opvarmning var ens på tværs af de fem dybder.

Forskerne siger, at disse resultater antyder, i hvilken grad jordens organiske kulstof påvirker klimaændringerne i øjeblikket kan være undervurderet.

"Der er en antagelse om, at kulstof i undergrunden er mere stabil og ikke er så lydhør over for opvarmning som i muldjorden, men vi har lært, at det ikke er tilfældet, " siger Torn. "Dybere jordlag indeholder en masse kulstof, og vores arbejde indikerer, at det er en nøgle, der mangler i vores forståelse af jordbundens potentielle feedback til planetens klima."