I det højarktiske Nordøstgrønland ligger forsøgsstationen Zackenberg. Her undersøger danske forskere, hvordan organisk stof bliver omsat i jorden. De har udvalgt forskellige undersøgelsesområder, hvor landskabet har hver sin karakteristiske vegetation og jordbund. Forskerne måler bl.a. hvor mange af drivhusgasserne kuldioxid (CO₂) og metan (CH₄), jorden frigiver. Det er ikke ligegyldigt hvilken af drivhusgasserne, der frigives, for metan er som drivhusgas 23 gange stærkere end CO₂.

Kuldioxid eller metan som slutprodukt ved nedbrydningen

Når organisk stof bliver nedbrudt i jorden, frigiver det kulstof (C) enten som CO₂ eller CH₄, afhængig af hvor meget ilt, der er i jorden. Hvis jordbunden er forholdsvis tør, er der meget ilt, og så frigives der især CO₂. I modsætning hertil indeholder en vandmættet jord kun små mængder ilt. Det betyder, at det organiske stof omsættes betydeligt langsommere, og at der ophobes tørv. Mangel på ilt betyder også, at der bliver dannet metan i forbindelse med omsætningen. Temperaturen spiller en stor rolle for, hvor meget organisk stof der omsættes. På figur 9.1 er der vist målinger af CO₂-frigivelse fra jorden i løbet af en sommer. 

Man kan tydeligt se temperaturens effekt, og at der hersker forskellige forhold på de undersøgte områder.  Området med rypelyng ligger på en såkaldt afblæsningsflade. Det vil sige, at jorden er vindeksponeret og tør. Det lave vandindhold giver jorden en højere temperatur om sommeren og forklarer dermed den høje omsætning af kulstof.  Området med kantlyng ligger mere beskyttet. Her bliver sneen liggende længe, og jorden er derfor koldere og mere fugtig end jorden under rype-lyng.

Jorden frigiver altså CO₂ om sommeren når organisk stof bliver omsat. Men planterne optager også CO₂ når de laver fotosyntese. For at få et indtryk af om områderne samlet frigiver eller optager CO₂ over en vækstsæson, har forskerne målt udveksling af kuldioxid med atmosfæren over et helt årti.

Målinger viser, at der i disse områder er balance, således at den mængde CO2 der bliver bundet ved fotosyntese, frigives igen ved planternes og dyrenes respiration samt ved nedbrydning af organisk stof i jorden. I forhold til den globale opvarmning, er disse jorde derfor formodentlig hverken en skurk eller en helt, der enten forværrer eller forbedrer atmosfærens indhold af drivhusgasser.

Våde områder frigiver mere metan

Men forskerne undersøgte også våde områder, der ligger i lavninger neden for permanente snefaner. Her er jorden våd hele sommeren, og disse områder viser helt andre resultater. For det første er der en langt større produktion af planter end i de tørrere områder. For det andet frigives store mængder af både CO₂ og CH₄ gennem vækstsæsonen. Det er helt i overensstemmelse med målinger fra andre våde områder i Arktis.

Figur 9.2 Kæruld indikerer fugtig jord
Der vokser ofte kæruld, når jorden er vandmættet. Sådanne områ-der sender meget metan op i atmosfæren, når jorden bliver varmere. (Foto: Peter Bondo Christensen).

Forskerne har også målt kulstofindholdet i jorden på de meget fugtige områder, og de fandt at de fugtige jorde ophober mere kulstof end de frigiver. Fotosyntesen binder altså mere kulstof (organisk materiale) end der nedbrydes. Det er i modsætning til, hvad man har målt i de tørre områder, hvor der er balance i systemet.

Når der ophobes kulstof i jorden, modvirker det drivhuseffekten. Men sluteffekten er ikke entydig. For hvis det samme system frigiver forholdsvis meget CH₄ i forhold til CO₂, er det kritisk, da metan som nævnt er ca. 23 gange stærkere som drivhusgas end kuldioxid.

Forskerne følger derfor meget nøje, hvad der sker med det arktiske landskab de kommende år i takt med den globale opvarmning. Arktis er blandt de områder på Jorden, hvor de største temperaturstigninger finder sted. Sne og is kaster varmen tilbage, men når sneen smelter, suger den mørke jord i stedet varmen til sig og holder på varmen, se også kapitel 1. Det har altså en selvforstærkende effekt, at is og sne smelter væk i Arktis.

Figur 9.3 Metan fryser ud af jorden
De mørkeblå cirkler viser gennemsnitsmålinger af flux af metan (højre skala) i sommersæsonen 2007 for seks målekamre, og stregerne viser standardafvigelsen mellem målekamrene. Man kan også se jordens temperatur i forskellige dybder (rød: 5 cm; grøn: 10 cm; blå: 15 cm: temperaturskala på venstre side). De nedadrettede pile angiver hvornår jorden fryser. Forskerne har vist, at når jorden fryser ind om efteråret, presses der lige så meget metan ud af jorden som gennem sommerperioden. (Figur fra Nature, vol. 456, december 2008).

Det er endnu uvist om den øgede temperatur fører til, at landskabet udvikler sig i retning af mere fugtige jordbundstyper pga. mere nedbør og snesmeltning eller til mere tørre jordtyper pga. højere varme. De fugtige jordtyper frigiver metan og bidrager derfor mere til drivhuseffekten.

Hvis det derimod pga. varmen bliver mere tørt, er det sandsynligt, at der bliver omsat mere kulstof i tidligere våde områder. Så vil den samlede mængde kulstof der frigives til atmosfæren sikkert stige, men drivhuseffekten kan vise sig at blive mindre, fordi andelen fra metan falder.

Når permafrosten forsvinder

En meget stor del af jorden i de arktiske områder er permanent frosne. Man kalder det permafrost, og udbredelsen af permafrost er en ubekendt faktor i kulstofregnskabet mellem atmosfæren og jorden. Den permafrosne jord indeholder store mængder ophobet gashydrater og organisk materiale.

Figur 9.4 Foråret kommer sent i de arktiske områder
(Foto: Peter Bondo Christensen).

Gashydrater er en kemisk forbindelse, hvori der forekommer vandmolekyler, se figur 9.5. De dannes som regel under tryk og ved lave temperaturer. Gassen er fan-get af de frosne vandmolekyler, og er pakket på en meget tæt måde: Af 1 liter gashydrat kan man udvinde ikke mindre end 163 liter gas, når jorden tør. I den permafrosne jord er størstedelen af gashydraten dannet af fossil methangas, og man taler derfor om methanhydrat.

Tør permafrosten som følge af temperaturstigninger, frigives både CO₂ og CH₄. Det vil accelerere den globale opvarmning yderligere. Forskerne kan se, at afstanden fra jordoverfladen til den permafrosne jord år for år bliver større, se figur 9.6. Mere og mere jord tør altså, og forskerne er derfor bange for, at jorden i Arktis er en tikkende bombe af drivhusgasser.