Kulstoffeedback fra skovjord vil fremskynde den globale opvarmning, 26-årige studieprojekter

Efter 26 år, verdens længstvarende eksperiment for at opdage, hvordan opvarmende temperaturer påvirker skovjorden, har afsløret en overraskende, cyklisk respons:Jordopvarmning stimulerer perioder med rigelig kulstoffrigivelse fra jorden til atmosfæren vekslende med perioder uden påviselig tab i jordens kulstoflagre. Samlet set, resultaterne indikerer, at i en opvarmende verden, en selvforstærkende og måske ukontrollerbar kulstof-feedback vil ske mellem skovjorden og klimasystemet, øger opbygningen af ​​atmosfærisk kuldioxid forårsaget af afbrænding af fossile brændstoffer og accelererer den globale opvarmning. Studiet, ledet af Jerry Melillo, Distinguished Scientist ved Marine Biological Laboratory (MBL), vises i 6. oktober-udgaven af Videnskab .

Melillo og hans kolleger begyndte dette banebrydende eksperiment i 1991 i en løvskov ved Harvard Forest i Massachusetts. De begravede elektriske kabler i et sæt af plots og opvarmede jorden 5 ° C over den omgivende temperatur på kontrol plots. I løbet af det 26-årige eksperiment (som stadig fortsætter), de opvarmede grunde mistede 17 procent af det kulstof, der var blevet lagret i organisk stof i de øverste 60 centimeter af jorden.

"For at sætte dette i en kontekst, "Siger Melillo, "hvert år, hovedsagelig fra afbrænding af fossile brændstoffer, vi frigiver omkring 10 milliarder tons kulstof til atmosfæren. Det er det, der forårsager stigningen i atmosfærisk kuldioxidkoncentration og global opvarmning. Verdens jord indeholder omkring 3, 500 milliarder tons kulstof. Hvis en betydelig mængde af jordens kulstof tilsættes atmosfæren, på grund af mikrobiel aktivitet i varmere jorder, der vil fremskynde den globale opvarmning. Og når først denne selvforstærkende feedback begynder, der er ingen let måde at slukke det på. Der er ingen switch til at vende."

I løbet af eksperimentet, Melillos hold observerede udsving i hastigheden af ​​jordens kulstofemission fra de opvarmede grunde, indikerer cyklusser i jordmikrobers evne til at nedbryde organisk stof og frigive kulstof. Fase I (1991 til 2000) var en periode med betydeligt kulstoftab i jorden, som var hurtig i begyndelsen, derefter bremset til næsten nul. I fase II (2001-2007), der var ingen forskel i kulstofemissioner mellem de opvarmede og kontrolplottene. I det tidsrum, jordens mikrobielle samfund i de opvarmede parceller undergik en reorganisering, der førte til ændringer i samfundets struktur og funktion. I fase III (2008-2013), kulstoffrigivelsen fra opvarmede parceller oversteg igen den fra kontrolparceller. Dette faldt sammen med et fortsat skift i jordens mikrobielle samfund. Mikrober, der kan nedbryde mere genstridigt organisk stof i jorden, såsom lignin, blev mere dominerende, som vist ved genomiske og ekstracellulære enzymanalyser. I fase IV (2014 til nuværende), kulstofemissioner fra de opvarmede grunde er igen faldet, tyder på, at endnu en omorganisering af jord-mikrobielle samfund kunne være i gang. Hvis det cykliske mønster fortsætter, Fase IV vil i sidste ende gå over til en anden fase med højere kulstoftab fra de opvarmede grunde.

"Dette arbejde understreger værdien af ​​langsigtede økologiske undersøgelser, der er kendetegnende for forskning ved MBL's Ecosystems Center, "siger David Mark Welch, MBLs forskningsdirektør. "Disse store feltstudier, kombineret med modellering og en stadig mere sofistikeret forståelse af mikrobielle samfunds rolle i økosystemdynamik, give ny indsigt i de udfordringer, klimaforandringerne udgør."

"Fremtiden er en varmere fremtid. Hvor meget varmere er problemet, " siger Melillo. "Med hensyn til kulstofemissioner fra fossile brændstoffer, det kunne vi styre. Vi kunne lukke kulfyrede kraftværker, for eksempel. Men hvis mikroberne i alle landskaber reagerer på opvarmning på samme måde som vi har observeret i skovjord på midten af ​​breddegraden, dette selvforstærkende feedback-fænomen vil fortsætte i et stykke tid, og vi vil ikke være i stand til at slå disse mikrober fra. Af særlig bekymring er den store pulje af let nedbrudt kulstof, der er frosset ned i Artic jord. Når jorden tøer op, dette feedback-fænomen ville være en vigtig komponent i klimasystemet, med klimaændringer, der nærer sig selv i en opvarmende verden."