Jordbunden i Arktis er en tikkende klimabombe
CO2-emissioner fra den arktiske jordbund truer med at accelerere klimaforandringerne voldsomt, når vi når frem til år 2050.
Jordbund Arktis subarktiske opvarmning mikrober planter CO2 afgive optage fotosyntese respiration permafrost klimaforanringer boreal skov drivhus atmosfæren

Den hurtige opvarmning af den arktiske jordbund vil måske fremskynde carbonafgivelselsen gennem mikrobernes respiration og tilføje 12-17 procent ekstra CO2 til atmosfæren samt fremskynde klimaændringerne. (Foto: Bo Elberling)

Den arktiske jordbund er en tikkende tidsindstillet bombe, der kan afgive store mængder ekstra kuldioxid, CO2 så tidligt som midt i ​​dette århundrede.

Det første globale studie af jordbundens carbonafgivelse forårsaget af opvarmning har fundet, at der er risiko for, at yderligere 55 milliarder ton carbon vil blive afgivet i atmosfæren fra nu til år 2050. Det svarer til hele 12-17 procent af alle drivhusgasemissionerne i løbet af den samme tidsperiode.

Sådan gjorde forskerne

Forskerne gennemførte opvarmningseksperimenter ved 49 lokationer over hele Europa, USA og Asien.

Lokationerne omfattede meget forskellige miljøer - fra den arktiske tundra til en skov ved Middelhavet.

Ved hver lokation målte forskerne mængden af CO2 i jordlagets øverste 10 cm.

Visse jordlodder blev opvarmet op til tre grader i små åbne drivhuse.

Andre jordlodder forblev ved omgivelsetemperaturen.

Størstedelen vil komme fra den arktiske og den subarktiske jordbund, og det vil kunne forstærke og accelerere klimaforandringerne.

»Det er skræmmende,« siger hovedforfatteren på et nyt studie, Thomas Crowther, postdoc ved Nederlands Instituut voor Ecologie. 

»Områderne, der har mest CO2 i jordbunden, er også de områder, der oplever den største opvarmning. Hvis vi tager i betragtning, at kloden ikke er ensartet i denne henseende, så er det en enorm feedback (se faktaboks, red.).«

»Det er afgørende, at vi tager estimaterne med i modelprojekteringerne for de fremtidige klimaforhold. Det er det første skridt på vejen til at generere meningsfulde målsætninger i forsøget på at dæmpe klimaforandringerne,« forklarer Thomas Crowther.

Resultaterne er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature.

Vigtigt indblik i jordbundens rolle for klimaændringer

Studiets medforfatter Bo Elberling, professor i miljøgeokemi og leder ved Center for Permafrost (CENPERM), Københavns Universitet, advarer dog om at læse alt for meget ind i de nye data.

Jordbund Arktis subarktiske opvarmning mikrober planter CO2 afgive optage fotosyntese respiration permafrost klimaforanringer boreal skov drivhus atmosfæren

Forskere fra Center for Permafrost ved Københavns Universitet benyttede åbne drivhuse i Grønland for at undersøge, hvordan de arktiske planter og jordbunden reagerer på klimaforandringerne. (Foto: Bo Elberling)

»Afgivelsen af CO2 fra jordbunden nær jordoverfladen er større end hidtil antaget. Men vi ved endnu ikke, om opvarmningen vil øge nettobidraget af CO2 til atmosfæren,« forklarer Bo Elberling. Han tilføjer:

Feedback

I videnskaben virker 'feedback' tilbage på en proces, enten hæmmende/selvbegrænsende (negativ feedback) eller fremmende/selvforstærkende (positiv feedback).

Negativ feedback søger at omvende situationen, og virker derved stabiliserende.

Positiv feedback er derimod destabiliserende.

»Vi ved stadig ikke, hvor meget planterne vil optage som respons, hvilket er særligt vigtigt, den arktiske regions stigende rod-biomasse taget i betragtning. Her er tale om en manglende viden i forhold til, at Arktis bliver grønnere.«

Bo Elberling fortæller, at de nye resultater er et vigtigt skridt mod en mere detaljeret forståelse af, hvordan jordbundens enorme carbonlager vil reagere på og bidrage til fremtidige klimaændringer.

LÆS OGSÅ: Arktiske planter kan påvirke klimaet

Mikrober fremskynder planternes forrådnelse i en varmere verden

Spørgsmålet om, hvordan jordbunden vil reagere på klimaændringerne, er ikke nyt, men tidligere forsøg på at forstå det har fokuseret på særskilte steder rundt om i verden - og med blandede resultater.

Planterne optager både CO2 i løbet af fotosyntesen og direkte fra jorden.

Størstedelen af carbonmængden bliver efterfølgende afgivet gennem jordbundsmikrobernes respiration, i takt med at de hjælper til at nedbryde og forrådne vegetationen.

Jordbund Arktis subarktiske opvarmning mikrober planter CO2 afgive optage fotosyntese respiration permafrost klimaforanringer boreal skov drivhus atmosfæren

Kort over jordbundens forventede tab af CO2 (rød) og CO2-forøgelse (blå) ved år 2050 som følge af opvarmning. Det største tab er i den arktiske og subarktiske region (mørkerød). Største afgivelse er i den arktiske og subarktiske jordbund (rød skravering). (Illustration: Crowther et al 2016 / Nature.)

Forskerne forventer, at alle disse processer bliver endnu mere aktive i en varmere verden, hvilket betyder, at mere og mere carbon vil blive afgivet i atmosfæren som CO2 og metan.

Det bliver dog også udlignet i visse områder gennem øget plantevækst.

Afhængigt af forholdet mellem disse to processer, vil jordbunden nogle steder optage mere CO2, end den afgiver, mens jordbunden andre steder vil afgive mere CO2, end den optager.

Forskerne har brug for at vide, hvad balancen mellem processerne er rundt omkring i verden.

LÆS OGSÅ: Tundraen i Arktis afkøler Jorden

»Det er som at have endnu et USA, der udleder CO2«

Thomas Crowther ønskede at udfærdige en global oversigt over carbon i jordbunden for at se, hvor meget carbon der er tilbage, i takt med at Jorden bliver varmere.

»De fleste af de tidligere studier har gransket bevægelsen af CO2 ind og ud af jordbunden. De så på planternes afgivelse og optagelse af CO2 , og CO2 optaget direkte i jordbunden. Men vi ville gerne holde det helt enkelt. Jeg ville bare gerne vide, hvor meget carbon der var tilbage i jorden efter, at det var blevet varmere,« fortæller Thomas Crowther.

»Ved hver lokation målte vi ganske enkelt, hvor stor forskel der var i mængden af carbon i jordbunden ved opvarmede jordlodder i forhold til kontrol-jordlodder, der ikke var blevet varmet op,« forklarer Thomas Crowther.

Thomas Crowter fra Nederlands Instituut voor Ecologie diskuterer resultaterne af det nye studie, der dokumenterer den globale carbonafgivelse, når vi når frem til år 2050. (Video: NIOO KNAW)

Thomas Crowther samarbejdede med forskere fra hele verden. Han indsamlede data fra 49 forskellige lokationer for at afdække, jordbundens reaktion i løbet af de seneste år.

Ved hjælp af et globalt jordbundskort, ekstrapolerede han tendenserne ind i fremtiden for at afdække, hvordan jordbunden rundt omkring i verden vil reagere på 2 graders opvarmning, når vi når frem til år 2050.

Resultaterne var alarmerende.

»Det svarer til at have endnu et USA, der udleder CO2,« siger Thomas Crowther.

LÆS OGSÅ: Arktis’ største helt: Her er fluernes herre

Nye data skal inkorporeres i klimaprojekteringerne

Drivhusgasser fra jordbundens CO2 bliver i øjeblikket ignoreret i de fleste klimamodeller, fordi der er så store afvigelser fra den ene lokation til den næste.

Selv den seneste IPCC-rapport undlod at medregne denne drivhusgaskilde.

Hvorfor er den arktiske jordbund et hotspot for CO2-emissioner?

Den arktiske regions permafrost og den boreale skovjord rummer enorme carbonmængder.

Den arktiske region bliver også opvarmet hurtigere end noget andet sted på kloden. Det skyldes en proces, der kaldes ‘Arktisk forstærkning’ (eller polar forstærkning).

Mikroberne er mere aktive ved varmere temperaturer og afgiver mere carbon i form af CO2 eller metan til atmosfæren.

Effekten er mindre de steder, hvor mikroberne allerede er vant til varmere betingelser, eksempelvis troperne.

»Hvis du opvarmer en allerede varm mikrobe, ændrer den ikke sin adfærd særligt meget, men hvis du opvarmer en mikrobe, der er vant til kulde, så gør det en stor forskel,« forklarer hovedforfatter Thomas Crowther.

»De klimaprojekteringer, der viser de mest ødelæggende resultater, medregner den, men adskillige andre modeller gør ikke,« fortæller Thomas Crowther.

Det er derfor af afgørende betydning, at estimaterne bliver medregnet i de globale klimamodeller.

Eric Davidson professor ved University of Maryland skriver i Nature, at det nye studie er en kærkommen tilføjelse til fremtidige klimasimulationer.

»Klimamodellerne er kun lige begyndt at medregne klimaændringernes effekt på jordbundens CO2-eksponering over for mikrobiel nedbrydning,« skriver Eric Davidson.

Han tilføjer, at det er foruroligende, at de nye fund indikerer, at jordbundens carbon bliver en kilde til en stor biotisk feedback, som vil accelerere klimaforandringerne.

LÆS OGSÅ: Havisen i Arktis er tæt på 8.000 år gammel bundrekord

Brug for mere forskning

Der er stadig et stykke vej at gå, før vi med sikkerhed kan konkludere, at den arktiske og subarktiske carbonrige jordbund vil blive en fremtidig CO2-kilde, fortæller medforfatter Bo Elberling.

»17 procent af carbonemissionerne er en meget stor andel, og jordbundsrespirationen og jordbundens carbon er en vigtig CO2-kilde. Det bliver tildels opvejet af fotosyntese, og det gælder især i Arktis,« forklarer han.

Men hvis den dybe permafrost i jordbunden begynder at tø, vil den måske afgive endnu mere CO2 til atmosfæren.

Første og vigtigt skridt

Thomas Crowther giver ham medhold.

»Vi skal inkorporere tallene i en jordsystem-model. Det er lidt vanskeligt, og vi skal arbejde med modellerne for at kunne inkludere den spatiale foranderlighed,« fortæller Thomas Crowther.

Han vil også gerne indsamle flere data fra den sydlige halvkugle og troperne samt den dybere jordbund, der ikke blev dækket i forbindelse med det nye studie.

»Vi vil gerne håndtere den negative feedback; altså hvordan planterne hæmmer CO2. Det handler i virkeligheden om at forstå processerne nu og så regne den korrekte tilgang til problemet ud. Det her er et første og vigtigt skridt,« slutter Thomas Crowther.

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

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

Det sker