Drivhusgas 300 gange stærkere end CO2 truer i Arktis
Et nyt studie afslører, hvordan tøende arktisk tørv udleder store mængder dinitrogenoxid – en 'overset' drivhusgas, der er næsten 300 gange gange så potent som CO2.
NO2 CO2 metan Arktis feedbackmekanisme klima opvarmning strålingseffekt subarktisk tørvemoser jordkerner permafrost nitrogenoxid udledning indirekte effekter drivhusgas  Nitrifikation proces denitrifikation klimamodeller projektering

Forskerne studerer permafrosten i Finsk Lapland. I takt med at jordbunden tør op, risikerer vi, at store mængder dinitrogenoxid bliver udledt. Dinitrogenoxid er en overset drivhusgas, der er næsten 300 gange gange så potent som CO2 og en forholdvis uudforsket komponent i Arktis udledning. (Foto: Carolina Voigt)

I takt med at evidensmængden for effekterne af de menneskeskabte klimaforandringer vokser, stiger forskernes forståelse af de mange efterfølgende processer, der kan forværre dem yderligere: De såkaldte positive feedbackmekanismer.

Positive feedbackmekanismer er de uønskede følgeeffekter af en varmere klode (en negativ feedbackmekanisme virker stabiliserende, mens en positiv feedbackmekanisme forstærker et udsving).

Historien kort
  • Et nyt studie gransker, hvad der sker, når permafrosten tør. Forskerne fandt dinitrogenoxid, der er 300 gange så potent som CO2, i permafrosten.
  • Studiet er det første, der sætter tal på, hvor store mængder der muligvis blive vil udledt i takt med, at kloden bliver varmere.
  • Men der hersker stor usikkerhed om, hvilken retning udviklingen vil gå – grøn eller brun.

Én af disse positive feedbackmekanismer bliver dokumenteret i et nyt studie, der gransker udledningen af drivhusgassen dinitrogenoxid (N2O), som ligger gemt i permafrosten i den arktiske region.

Adskillige studier har rapporteret om de kæmpestore mængder af CO2, der ligger fanget i permafrosten i Arktis, og den risiko de udgør.

Kun få har set nærmere på den endnu mere potente slægtning,  dinitrogenoxid, der er næsten 300 gange så kraftigt virkende som CO2 til at holde på varmen fra Solen og opvarme kloden.

Det nye studie viser, at udledningen af dinitrogenoxid bliver fem gange større i takt med, at den arktiske jordbund tør op.

»Det er studiets hovedbudskab: Permafrosten udleder store mængder af dinitrogenoxid over store dele af Arktis, men der er kun ganske få målinger, der sætter tal på, hvor meget der bliver udledt,« forklarer Carolina Voigt, der er hovedforfatter på studiet og ph.d.-studerende ved Institut for Biologi og Miljøvidenskab ved Universitetet i Østfinland.

1/4 af Arktis kan udlede N2O

Studiet har sat tal på, hvor meget N2O den arktiske tørv udleder. Tallene er baseret på analyser af indsamlede jordbundsprøver i Finsk Lapland. I laboratoriet ved Universitetet i Lund tøede Carolina Voigt og hendes kollegaer langsomt tørven op, mens de målte, hvor meget N2O der blev udledt.

Den optøede tørv udledte fem gange så meget af den potente drivhusgas som den frosne jordbund.

Selvom Carolina Voigt ikke var i stand til at estimere, hvor meget drivhusgas hele den arktiske region risikerer at udlede, kunne hun identificere de områder, der er mest sårbare overfor optøningen og derigennem også kilden til fremtidig udledning af N2O.

NO2 CO2 metan Arktis feedbackmekanisme klima opvarmning strålingseffekt subarktisk tørvemoser jordkerner permafrost nitrogendioxid udledning indirekte effekter drivhusgas  Nitrifikation proces denitrifikation klimamodeller projektering

Ifølge det nye studie vil tørvemoser spredt over hele Arktis muligvis blive hotspots for den fremtidige udledning af dinitrogenoxid. (Foto: Tarmo Virtanen, Universitetet i Helsinki)

Dette område dækker helt op til 1/4 af hele den nordlige cirkumpolare permafrost region, der strækker sig fra det centrale Norge, henover Sibirien og hele vejen til Canada.

Ti procent af dette område – der dækker cirka 1,9 millioner km2 – består af tørvemoser med en jordbund, der ligner den, som Carolina Voigt indsamlede i Finland, og som hun identificerede som det mest sandsynlige hotspot for fremtidig N2O-udledning.

»Jordbunden indeholder et stort lager af nitrogen, der er udviklet i tørven, og som visse steder er flere meter tyk og mange tusind år gammel. I takt med at jordbunden tør op, bliver nitrogenlageret gradvist udledt,« forklarer Carolina Voigt.

Området strækker sig over den sydlige subarktiske tundra, hvor temperaturerne stiger hurtigt, og hvor permafrosten er mest sårbar overfor optøningen, tilføjer hun.

Indirekte effekter er foruroligende

»Det nye studie leverer supplerende evidens for eksistensen af stærke feedbackmekanismer mellem menneskeskabte klimaforandringer og drivhusgasudledningen,« fortæller Thomas Crowther, postdoc ved Nederlands Instituut voor Ecologie, der studerer den arktiske jordbunds CO2-udledning.

Han tilføjer, at de indirekte effekter muligvis er endnu mere ødelæggende end selve klimaforandringerne.

NO2 CO2 metan Arktis feedbackmekanisme klima opvarmning strålingseffekt subarktisk tørvemoser jordkerner permafrost nitrogendioxid udledning indirekte effekter drivhusgas  Nitrifikation proces denitrifikation klimamodeller projektering

De frosne jordkerner blev transporteret 2.000 kilometer til Universitetet i Lund, hvor forskerne i løbet af 33 uger gradvist lod dem tø op, mens de blandt andet målte udledningen af dinitrogenoxid. (Foto: Carolina Voigt)

»De menneskeskabte drivhusgasemmissioner er selvfølgelig alarmerende, fordi de drastisk forandrer kloden. Men de indirekte effekter kan vise sig at være endnu mere foruroligende, fordi feedbackeffekterne fortsætter i meget lang tid – selv hvis vi holdt op med at bruge fossile brændstoffer øjeblikkeligt,« forklarer han.

De seneste politiske hændelser i USA taget i betragtning betyder, at timingen af studiet i Thomas Crowthers øjne er endu mere signifikant.

»Studiet er publiceret på et meget interessant tidspunkt, i lyset af Præsident Trumps intentioner om at trække sig fra Paris-aftalen; et skridt der betyder, at USA står tilbage, mens resten af verden bevæger sig fremad i kampen mod den alvorlige trussel, som klimaforandringerne udgør,« udtaler Thomas Crowther.

Medforfatter: N2O er stadig ubetydelig

Sådan udleder permafrosten dinitrogenoxid

N2O har igennem mange tusind år hobet sig op i de subarktiske tørvemoser.

I takt med at jordbunden tør op er der risiko for at drivhusgassen bliver udledt direkte i atmosfæren.

I økologien er mineralisering en proces, hvor stoffer, der er indbygget i organisk materiale bliver frigjort som uorganiske stoffer. 

Nitrogen mineraliseres til ammonium og ammonium til nitrit (NO2-) og nitrit videre til nitrat (NO3-) ved en proces, der kaldes nitrifikation.

Det sker kun, hvor der er ilt til stede. Nitrifikation er den modsatte proces af denitrifikation.

(Kilde: Carolina Voigt og Den Store Danske)

Men uanset risikoen for fremtidig udledning af forskellige drivhusgaser fra den arktiske jordbund, bør vi ikke glemme, hvad der rent faktisk driver klimaforandringerne i dag, formaner medforfatter Torben Røjle Christensen fra Institut for Bioscience – Arktisk økosystemøkologi, Aarhus Universitet og Institut for naturgeografi og økosystemvidenskab, Universitetet i Lund.

»Det er temmelig godt dokumenteret, at disse naturlige udledninger potentielt gemmer på afgørende og dramatiske forandringer, men vi har ikke set klare indikationer på, at det sker endnu. Og når vi beregner, hvad det er, der er skyld i klimaforandringerne lige nu, ligger skylden næsten 100 procent hos de menneskeskabte drivhusgasser,« forklarer Torben Røjle Christensen.

Studiet leverer i stedet vigtig baggrundsinformation for forståelsen af de forandringer, der muligvis vil følge i kølvandet på et varmere Arktis. 

Det leverer også en ny indsigt i en relativt uudforsket drivhusgas, udtaler Torben Røjle Christensen.

Jord fra Finsk Lapland afslører hurtigt aktiveret N2O

Carolina Voigt og hendes kollegaer borede ned i tørvemoserne for at indsamle 16 kerner, som hun transporterede til laboratoriet. Hun indsamlede både bar jord uden vegetation og jord med vegetation for at se, hvordan jorden reagerede på optøningen.

Forskerne frøs jordbunds-kernerne omgående og opbevarede dem efterfølgende i et såkaldt klimakammer i laboratoriet, hvor de i løbet af 33 uger målte N2O-udledningen såvel som andre næringsstoffer og jordbundsparametre i takt med, at de gradvist lod jordbunden tø op ved hjælp af et specieltfremstillet vandbad.

Henimod slutningen af eksperimentet, hvor det nederste stykke af kernerne var tøet op, udledte den bare jord i gennemsnit 2,81 milligram gas per m2 om dagen. Det er fem gange så meget, som jordbunden udledte, da den stadig var frossen i begyndelsen af eksperimentet.

I nogle områder med permafrost vil det øverste lag tø om sommeren og fryse igen om vinteren. Det kaldes det aktive lag, og det er her, vegetation kan gro. 

Og lige dét interesserer Torben Røjle Christensen meget.

»De tog prøveeksemplarer fra permafrosten i form af jordbundskerner og transporterede dem 2.000 kilometer uden at ændre jordbundens temperatur overhovedet. Da vi granskede det i Lund, blev det til et meget spændende studie. Det er ét af de første studier, som jeg har set, der realistisk dokumenterer i et laboratorie, hvad der sker, når man ændrer permafrostens aktive lag,« forklarer Torben Røjle Christensen.

Tør, bar jord udleder mere N2O

»Vi foretog også forsøg med forskellige vandbehandlinger. I nogle få jordbundskerner lod vi vandstanden stå, som man finder den i tørvemosen, altså en del under overfladen, og i andre kerner hævede vi vandstanden, så den var 5 til 10 centimeter under overfladen for at simulere våde forhold eller en delvis kollaps af tørvemosen. Og da vi hævede vandstanden, undertrykte den udledningen fuldstændig,« forklarer Carolina Voigt.

Samlet set indikerer resultaterne, at våd jordbund med vegetation udleder mindre N2O end tør, bar jord. Og det belyser et af forskernes store spørgsmål: Vil klimaforandringerne gøre Arktis våd og grøn eller tør og brun?

»Der er en hel del usikkerhed,« fortæller Carolina Voigt. Hun fortsætter:

»Sidste år viste et studie, at den igangværende 'grønning' af Arktis, havde vendt sig i den modsatte retning, så man i stedet observerede en tendens at Arktis blev brunere. Men det skete ikke i hele Arktis.«

Torben Røjle Christensen er enig.

»Det er det helt store afgørende spørgsmål. Jeg tror ikke, at der er konsensus. Det er foruroligende, fordi et vådere og/eller tørrere miljø vil være den afgørende faktor for ikke alene for drivhusgasudvekslingen, men også energiudveksling, og det er her, at grønning versus bruning kommer ind i billedet. De forskellige modelprojektioner viser overhovedet ikke det samme i forhold til, hvilken retning udviklingen vil gå. Så vi ved det simpelthen ikke,« udtaler Torben Røjle Christensen, der tilføjer, at et svar på spørsmålet kræver en meget større forståelse af Arktis hydrologi – altså forekomst, cirkulation og fordeling af vand i det arktiske landskab.

Tilsyn over hele Arktis

På trods af usikkerheden skal forskerne nu til at føre tilsyn med N2O-udledningen ved en række lokationer spredt over Arktis, så de kan estimere, hvor meget der muligvis bliver udledt under visse forhold. De indsamlede data vil efterfølgende blive inkluderet i klimamodellernes projekteringer, fortæller Carolina Voigt.

NO2 CO2 metan Arktis feedbackmekanisme klima opvarmning strålingseffekt subarktisk tørvemoser jordkerner permafrost nitrogenoxid udledning indirekte effekter drivhusgas  Nitrifikation proces denitrifikation klimamodeller projektering

Gul, blå og grøn skyggelægning viser de forskellige jordbundstyper i Arktis med stort potentiale for NO2-emmissioner som følge af optøningen af permafrost. (Kort: Voigt et al. 2017)

»Jeg synes, det er meget overset. Klimamodellerne fokuserer på CO2 og metan og måske også på opløst organisk carbon, men så vidt jeg ved, er N2O ikke med i størstedelen af klimaprojekteringerne. Og det skal med, men der er brug for flere studier for at kunne sætte et faktisk tal på, og vi skal også granske en række forskellige permafrostzoner,« forklarer Carolina Voigt.

Flere målinger vil være en stor hjælp, mener Torben Røjle Christensen.

»Når vi sammenligner CO2-udledningens effekt på klimaet gram for gram, er N2O en meget potent drivhusgas, men N2O er til stede i atmosfæren i langt mindre koncentrationer. Og når man ser på det samlede bidrag til den totale drivhuseffekt, er N2O forholdsvis ubetydelig sammenlignet med CO2 og metan. Men det kan selvfølgelig ændre sig – det proportionale bidrag ændrer sig måske, hvis vi får flere målinger,« slutter Torben Røjle Christensen.

Denne artikel er oprindeligt publiceret hos ScienceNordic og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.

Hvor meget bidrager N2O til den globale opvarmning?

Koncentrationen af alle de tre drivhusgasser kuldioxid (CO2), metan (CH4) og dinitrogenoxid (N2O) er steget siden 1750.

Ifølge kemiske registreringer i iskerner er de i dag højere end på noget andet tidspunkt i løbet af de seneste 800.000 år.

Hvor meget har det ændret sig siden industrialiseringen?

Så meget er koncentrationen steget mellem 1750 og 2011:

  • CO2: 40%
  • CH4: 150% 
  • N2O: 20%

Hvor stor temperaturstigning er drivhusgasserne skyld i?

For at sammenligne styrken af de forskellige påvirkninger af Jord-atmosfæresystemets energibalance, benyttes begrebet strålingspåvirkning, som er et mål for en naturlig eller menneskeskabt faktors påvirkning af klimaet. 

Det er en fysisk beregning af, hvor stor en mængde strålingsenergi, der tilføres (positiv strålingspåvirkning) eller fjernes (negativ påvirkning) fra klimasystemet. Man udtrykker påvirkningen af energibalancen i Watt per kvadratmeter (W/m2).

Den stigende mængde kuldioxid, metan, lattergas og halocarboner i atmosfæren har ifølge IPCC påvirket energibalancen med +2,62 W/m2, siden industrialiseringen begyndte.

  • CO2: 1,68
  • CH4: 0,97
  • N2O: 0,17

(Kilde: DMI og Det Mellemstatslige Panel om Klimaændringer (IPPC) 5. rapport)

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud