Stigende globale temperaturer gør den nordlige permafrostregion til en betydelig kulstofkilde

Permafrost, den flerårigt frosne undergrund i Jordens nordligste egne, har indsamlet og opbevaret plante- og dyrestoffer siden længe før sidste istid. Nedbrydningen af ​​noget af dette organiske stof frigiver naturligt kuldioxid (CO ₂ ) i atmosfæren året rundt, hvor det optages af plantevækst i de varmere måneder.

denne region, kaldet den nordlige permafrostregion, er svært at studere, og eksperimenter er der få og langt imellem sammenlignet med dem på varmere og mindre fjerntliggende steder. Imidlertid, en ny syntese, der inkorporerer datasæt indsamlet fra mere end 100 arktiske undersøgelsessteder af snesevis af institutioner, herunder det amerikanske energiministeriums (DOE) Argonne National Laboratory, tyder på, at når de globale temperaturer stiger, nedbrydningen af ​​organisk stof i permafrostjord i vintermånederne kan være væsentligt større end hidtil antaget. De nye tal indikerer en frigivelse af CO ₂ der langt overstiger den tilsvarende sommeroptagelse.

Endnu vigtigere, når man modellerer kulstofbalancen ved hjælp af den store indsamling af data, forskerne fandt, at CO ₂ frigivet af permafrostjord om vinteren kan stige med 41 procent i 2100, hvis menneskeskabte drivhusgasemissioner fortsætter med deres nuværende hastighed.

Studiet, udgivet i Naturens klimaforandringer sidste oktober, er den mest omfattende undersøgelse af dette fænomen til dato. Det fremhæver behovet for mere forskning i permafrostregionens netto CO ₂ emissioner, og det viser den betydelige indvirkning, disse emissioner kan have på drivhuseffekten og den globale opvarmning.

Undersøgelsen samler en kombination af målinger i marken og laboratoriebaserede undersøgelser - eller jordinkubationer - som dem, der blev udført ved Argonne. For bedre at forstå, hvordan fremtidig opvarmning kan påvirke CO ₂ emissioner i permafrostregioner, Argonne-forskerne prøvede en række permafrostjorde og overvågede CO ₂ frigivelse ved en række laboratoriekontrollerede temperaturer over og under frysepunktet, der efterligner typiske arktiske forhold. Forskerne ønskede at identificere, hvordan forskellige jordegenskaber eller andre faktorer påvirker nedbrydningshastigheden og CO ₂ frigivelse fra frossen og optøende jord – information, der kan hjælpe med at forbedre klima- og jordsystemmodeller.

"Klima- og jordsystemmodeller behandler ofte disse vinterpermafrost-CO ₂ emissioner som ubetydelige eller endda ikke-eksisterende, " sagde Roser Matamala, en videnskabsmand i Argonnes Environmental Science-afdeling og en bidragyder til undersøgelsen. "Men denne undersøgelse, med sin store mængde data, der strækker sig over flere sæsoner, viser, at vinterrespirationen er betydelig og betydelig. Undersøgelsen skulle overbevise modelbyggere om, at denne flux af vinterkulstof til atmosfæren ikke længere kan overses. Den er ikke lille, og det skal tages i betragtning."

Den nordlige permafrostregion dækker cirka 15 procent af jordens landareal, strækker sig fra det arktiske oceans kystlinje gennem det meste af Alaska, det nordlige Canada og det nordlige Eurasien. Den altid frosne jord i disse områder indeholder mere kulstof, end mennesker nogensinde har frigivet, og omkring en tredjedel af det kulstof, der er lagret i hele Jordens jord, findes i denne region.

I løbet af sommeren, planter, hvis rødder vokser i optøet jord over den flerårige frosne undergrund, optager CO ₂ efterhånden som de fotosyntetiserer. På samme tid, mikrober frigiver CO ₂ ud i atmosfæren, da de aktivt nedbryder jordens organiske stof. Om vinteren, når overfladejorden og den underliggende permafrost begge er frosset, henfaldshastigheden og mængden af ​​CO ₂ tilbage til atmosfæren falder betydeligt. Endnu, en lille mængde mikrobiel aktivitet fortsætter med at nedbryde noget af det organiske stof indeholdt i tynde, ufrosne vandfilm omkring jordpartikler, frigivelse af mindre mængder CO ₂ . Årevis, denne balance blev vippet mod større absorption snarere end frigivelse af CO ₂ , men denne undersøgelse indikerer, at tabet af CO ₂ fra permafrostjord til atmosfæren over hele året er nu større end dens optagelse i løbet af sommeren.

"Arktisk jord har tilbageholdt uforholdsmæssigt store mængder organisk stof, fordi frosne forhold i høj grad bremser mikrobielt henfald af døde planterødder og -blade, " sagde Argonne jordforsker og studiebidrager Julie Jastrow. "Men ligesom mad i fryseren i et køleskab vil fordærve hurtigere, end det ville gøre i en kummefryser, temperaturen af ​​sæsonbestemt frossen jord og permafrost påvirker mængden af ​​mikrobiel aktivitet og nedbrydning."

Ifølge Argonne-forskerne, mikrobiel aktivitet kan stige eksponentielt, da stigende globale temperaturer opvarmer permafrosten til niveauer lige under frysepunktet. Selv før permafrosten tøer op, accelerationen i mikrobiel aktivitet i permafrostjord forårsager acceleration af dens CO ₂ emissioner.

Baseret på disse resultater og opskalering på tværs af Arktis, forfatterne anslår, at omkring 1,7 milliarder tons CO ₂ frigives i de nuværende vintersæsoner, men at kun 1 milliard metriske tons ville blive optaget af fotosyntese i sommermånederne.

Computermodeller viste også, at hvis mennesker skulle mindske deres egne emissioner selv minimalt, vinter CO ₂ emissioner i permafrostregionen vil stadig stige med 17 procent i 2100.