Forskere registrerer hurtigt kulstoftab fra opvarmende tørveområder

Forskere ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory har påvist en direkte sammenhæng mellem klimaopvarmning og kulstoftab i et tørveøkosystem. Deres undersøgelse offentliggjort i AGU rykker frem giver et glimt af potentielle fremtider, hvor betydelige lagre af kulstof i tørvemoser kunne frigives til atmosfæren som drivhusgasser.

Tørveområder dækker i øjeblikket omkring 3 % af jordens landmasse og rummer mindst en tredjedel af jordens kulstof fra jorden – mere kulstof end der er lagret i verdens skove.

Tørvemoser er særligt gode til at låse kulstof væk på grund af kulden, våd, sure forhold, der bevarer meterdybe lag af gammelt plantestof. Forskere har interesseret sig meget for disse enorme kulstofreserver, stille spørgsmålstegn ved, hvor meget og hvor hurtigt jo varmere, tørrere forhold i en tørvemose kan udløse mikrobielle processer, der frigiver kulstof i form af kuldioxid og metan til luften, fremmer opvarmningscyklussen, da gasserne fanger varme i atmosfæren.

Indtast DOE's Spruce and Peatland Responses Under Changing Environments, eller SPRUCE-projekt, et unikt eksperiment med manipulation af hele økosystemer i skovene i det nordlige Minnesota. SPRUCE bruger en række indhegninger til at udsætte store tørvearealer for fem forskellige temperaturer, med de varmeste af kamrene, der oplever en stigning på omkring 16 grader Fahrenheit over og dybt under jorden. Halvdelen af ​​kabinetterne modtog også forhøjede niveauer af kuldioxid.

Dette futuristiske eksperiment giver forskere mulighed for at måle virkningerne af forhold, som dette økosystem aldrig har oplevet før, giver et glimt af potentielle fremtidige klimaer.

"På grund af DOE's investering i et storstilet eksperiment, vi har været i stand til at studere hele økosystemets opvarmning på tværs af en række temperaturer, der ikke kan ekstrapoleres ud fra historiske data, " sagde Paul Hanson, ORNL økosystemforsker og SPRUCE projektkoordinator. "Derved, vi har beviser for, at der vil forventes kulstoftab for hurtigt skiftende tørvemarkssystemer i fremtiden."

Hanson og hans kolleger undersøgte tre års SPRUCE-data, sporing af ændringer i plantevækst, vand- og tørveniveauer, mikrobiel aktivitet, finrodsvækst og andre faktorer, der styrer bevægelsen af ​​kulstof ind og ud af økosystemet. Sammen, disse indtag og output udgør det, der er kendt som kulstofbudgettet.

Undersøgelsen viste, at på kun tre år, alle opvarmede mosegrunde blev fra kulstofakkumulatorer til kulstofemittere - hvilket markerer første gang, at hele økosystemplot er blevet brugt til at dokumentere sådanne ændringer. Dette grundlæggende skift i mosens natur fandt sted selv ved det mest beskedne niveau af opvarmning (ca. 4 grader F over den omgivende temperatur), og viste kulstoftabsrater fem til næsten 20 gange hurtigere end historiske akkumuleringsrater.

Varmere temperaturer direkte oversat til større kulstofemissioner, med den varmeste af de eksperimentelt opvarmede grunde, der udleder mest kuldioxid og metan. Forskerne var overraskede over at finde en sådan lineær sammenhæng mellem varme og kulstoftab.

"Dette er et meget stramt forhold til biologiske data, Hanson sagde. "Disse resultater var inden for rækkevidden af ​​hypoteser, som vi tillod os selv at tænke over, men kulstoftabets følsomhed over for temperatur var lidt af en overraskelse."

Nedgangen af ​​spagnummos, en nøgleart i dette økosystem, bidrog især til nettokulstoftabet. En tidligere undersøgelse af ORNL-kollega Richard Norby beskrev spagnums rolle i akkumulering af kulstof i tørv og dets potentielt irreversible henfald, når opvarmning udtørrer moser.

SPRUCE-dataene vil informere en ny vådområdemodel til potentiel brug i DOE's Energy Exascale Earth System Model-projekt, som bruger højtydende databehandling til at simulere og forudsige miljøændringer, der er vigtige for energisektoren. Vådområdemodellen forudsagde nøjagtigt temperatureffekterne, men overvurderede virkningen af ​​forhøjet kuldioxid sammenlignet med SPRUCE-dataene, som ikke viste signifikante effekter på økosystemniveau efter tre års behandling.