Kandidatstuderende oplever, at tilsætning af frisk kulstof til permafrost udløser kulstoftab

Permafrost ligger til grund for næsten 85 procent af Alaska og næsten en fjerdedel af landmassen på den nordlige halvkugle. Denne flerårige frosne jord indeholder dobbelt så meget kulstof, som der findes i Jordens atmosfære. Da Arktis opvarmes dobbelt så hurtigt som resten af ​​planeten, forståelse af kulstofoptagelse og -tab i permafrostregioner er afgørende for at forbedre nøjagtigheden af ​​klimamodeller. Det giver også fingerpeg om, hvordan denne region vil reagere og forme en fremtidig varmere verden.

Når jordens atmosfære opvarmes og får permafrost til at tø op, kulstof, der har været låst væk i hundreder til tusinder af år, bliver gjort tilgængeligt for mikrober. Men hvad laver mikrober med det nyligt eksponerede kulstof, hvor hurtigt nedbrydes det, og hvor stor en forskel gør det i atmosfæren?

For at hjælpe med at besvare disse spørgsmål, Northern Arizona University ph.d.-kandidat Elaine Pegoraro designede et eksperiment for at måle, hvordan mikrober reagerer på frisk kulstoftilsætning i forskellige dybder i jord indsamlet fra en markplads nær Healy, Alaska. I det væsentlige, hun tilførte glukose til jorden tre gange i løbet af et år. Resultaterne blev offentliggjort i denne måned i Jordens biologi og biokemi .

"Glucose er denne virkelig tilgængelige energikilde, " sagde Pegoraro, der er en del af Center for Økosystemvidenskab og Samfund (Ecoss). "Det er som at give mikroberne valget mellem brownies og en pose frosne ærter bagerst i din fryser, "hvor de frosne ærter står for kulstof fundet i permafrost. Det kulstof nedbrydes langsomt på grund af biologiske, fysiske og kemiske processer.

"Medmindre du sultede, du ville nok ikke røre ved ærterne."

Tilføjelse af glukose på overfladen gav ikke meget af en vedvarende respons. Men ved dybere jordlag, hvor der findes permafrost, Pegoraro og hendes team så en "primende effekt:" mikrober respirerede dobbelt så meget kulstof i jorden end de prøver, der ikke modtog glukose. Mikroberne spiste "brownies, "og, i deres sukker højt, havde den nødvendige energi til at nedbryde jorden for at få adgang til næringsstoffer, frigivelse af mere kulstof til atmosfæren.

Da Pegoraro ekstrapolerede disse resultater til feltet, hun fandt ud af, at denne priming-effekt tegnede sig for 4-12 procent af kulstof, der frigives til atmosfæren i en vækstsæson.

"Det er en betydelig mængde kulstof, " hun sagde.

Mens Arktis varmes op, flere planter vokser i disse økosystemer, gør deres del for at fjerne noget kulstof fra atmosfæren ved at inkorporere det i deres biomasse.

Men Pegoraros resultater tyder på, at planter også kan bidrage til noget kulstoftab i jorden ved at frigive glukose fra deres rødder til jorden.

"Vi er nødt til at overveje priming-effekter for fuldt ud at forstå permafrostens kulstofdynamik, " sagde hun. "Ellers kunne vi undervurdere, hvor meget kulstof der går tabt til atmosfæren."