Bijna de helft van de koolstofdioxide die mensen in het milieu afgeven, wordt opgenomen door de oceanen van de wereld en de terrestrische biosfeer. Op deze manier, broeikasgassen worden gedeeltelijk uit de atmosfeer gehaald, die het proces van de opwarming van de aarde verlicht. Maar zullen het land en de zeeën in de toekomst koolstofdioxide kunnen blijven opslaan? Onderzoekers weten het niet zeker. Veranderingen in de oceaancirculatie, ontbossing van bossen en stressreacties in bossen kunnen hun vermogen om als koolstofputten te fungeren, verminderen.

Op het land, planten en bomen nemen via fotosynthese koolstofdioxide (CO2) op. Koolstof keert later terug naar de bodem in de vorm van plantaardig materiaal, daarom worden er grote hoeveelheden van opgeslagen. Als het klimaat warmer wordt, echter, door microbiële afbraak kan de bodem deze opgeslagen koolstof weer uitstoten. Onderzoekers proberen te achterhalen welk proces in de toekomst de overhand krijgt – en Zwitserland is een van de locaties voor hun analyses.

Boomgrens bovengrond

Hoeveel koolstof zit er in de grond, en hoe kan dit veranderen? Frank Hagedorn is verbonden aan het Zwitserse Federale Instituut voor Bos, Sneeuw- en landschapsonderzoek (WSL) in Birmensdorf, en hij is betrokken geweest bij tal van projecten om de antwoorden te vinden. Het is de bovengrond die bepalend is, omdat het koolstof bevat dat bijzonder gemakkelijk kan worden afgebroken. In een van hun projecten Het team van Hagedorn kon aantonen dat dit degradatieproces vooral relevant is in de gebieden rond de boomgrens. Ze spoelden een ecosysteem met CO2 aan de boomgrens boven Davos, door het te markeren met speciale koolstofisotopen, zodat ze konden nagaan hoe de materiaalcycli veranderden. De bodems van alpiene ecosystemen zijn bijzonder rijk aan koolstof, en het bleek dat ze bij temperatuurstijging een navenant grote hoeveelheid CO2 kunnen uitstoten. Dit proces is al begonnen vanwege de door de mens veroorzaakte klimaatverandering.

Om conclusies te kunnen trekken over CO2-putten op Europese of wereldwijde schaal, onderzoekers hebben gestandaardiseerde metingen nodig. Deze kunnen vervolgens worden geëxtrapoleerd naar grotere geografische gebieden, computermodellen gebruiken. In het Europese consortiumproject 'ICOS Research Infrastructure', meetinstrumenten en gegevensverwerking worden momenteel gestandaardiseerd. Het project begon officieel in 2015 en Nina Buchmann van ETH Zürich coördineert het Zwitserse einde ervan ('ICOS-CH'). Hier in Zwitserland doen twee meetlocaties mee, ze zegt:een in een sparrenbos, ook in de buurt van Davos, en één in het onderzoeksstation Jungfraujoch.

Onbetrouwbare bossen

Jarenlange metingen hebben al uitgewezen dat bossen veel CO2 opnemen. In de bossen buiten Davos, CO2-stromen werden al in 1997 gemeten, hoewel er toen andere instrumenten werden gebruikt, zegt Buchmann. "Het ecosysteem is de hele tijd een CO2-put geweest", ze zegt. Hetzelfde geldt niet voor elk bos in Zwitserland, echter. Herbeplante gebieden, bijvoorbeeld, kan in het begin een bron van CO2 zijn, omdat de bodem daar veel koolstof verliest. Dit verandert alleen als de bomen groter zijn en het bos is ingeburgerd, op dat moment wordt het een CO2-put. Hoe ouder het bos, echter, hoe minder koolstof er in de bodem zit, en des te meer wordt gevonden in het hout en de bladeren van de bomen. Dat bewijst het Nationaal Onderzoeksprogramma 68 'Duurzaam gebruik van bodem als hulpbron' (NHP 68).

Maar gaan de bossen in de toekomst ook CO2 opslaan? Buchmann ziet twee fundamentele factoren van onzekerheid:klimaatverandering en bosexploitatie. De opslagfunctie van een bos kan worden aangetast door droogte, door veranderingen in de manier waarop het wordt gebruikt, en door veranderingen in het gebied dat het bestrijkt.

Hoe dan ook, bossen zijn niet de enige bron van onzekerheid, noch de grootste factor. Veel onderzoekers, waaronder die van Agroscope (het Zwitserse Federale Centrum voor Uitmuntendheid voor landbouwonderzoek), maken zich zorgen over de vermindering van de bovengrond vanwege het gebruik in de landbouw. In mondiale termen, echter, de meest kwetsbare landgebieden met natuurlijke koolstofputten bevinden zich in het hoge noorden. Methaan is een bijzonder krachtig broeikasgas dat door de permafrostbodem wordt uitgestoten wanneer deze opwarmt. Volgens Hagedorn de hoeveelheid uitgestoten hangt vooral af van de vraag of de bodem opwarmt onder vochtige of droge omstandigheden. Hoe hoger de luchtvochtigheid, hoe groter de hoeveelheid methaan die vrijkomt; wanneer de omstandigheden droger zijn, er wordt meer CO2 uitgestoten.

Expeditie naar de Antarctische Oceaan

Ook de oceanen nemen enorme hoeveelheden CO2 op. Momenteel, de belangrijkste mariene gootsteen voor CO2 is de Zuidelijke Oceaan die zich rond Antarctica uitstrekt. In december 2016, het Swiss Polar Institute (gecoördineerd door EPFL) ging op onderzoeksreis in de Zuidelijke Oceaan als onderdeel van de internationale Antarctic Circumnavigation Expedition (ACE).

Een van de projecten van de expeditie is gewijd aan het bestuderen van fytoplankton, omdat de fotosynthese ervan een belangrijke rol speelt in de CO2-opnamecapaciteit van de Zuidelijke Oceaan. Wanneer deze algen sterven, ze zinken naar de bodem van de oceaan, koolstof mee te nemen. Samuel Jaccard van het Oeschger Center for Climate Change Research aan de Universiteit van Bern is een van de deelnemende onderzoekers. Tijdens de expeditie, het team wil zeewatermonsters ophalen van verschillende dieptes tot 1, 500 meter. Ze brengen deze monsters in flessen naar de oppervlakte en onderwerpen ze vervolgens aan geochemische tests in het laboratorium. De gegevens die ze hopen te verzamelen, moeten verklaren hoe koolstof wordt geleverd aan de diepten van de oceaan, en hoe snel dit gebeurt.

De hoeveelheid CO2 die door de Zuidelijke Oceaan wordt opgenomen, hangt ook af van de wind die de oceaanstromingen aandrijft. Koud water is goed in het opslaan van CO2, maar in het verleden, koud, diep water dat rijk is aan CO2 is door specifieke windomstandigheden naar de oppervlakte gedreven - en het is aan de oppervlakte waar de temperaturen warmer zijn. Als resultaat, de Zuidelijke Oceaan bracht CO2 in de atmosfeer. Maar we weten nauwelijks iets over de natuurlijke fluctuaties van windbewegingen. Om te bepalen wanneer de Zuidelijke Oceaan in het verleden CO2 heeft opgenomen en afgegeven, een ander ACE-project tracht de windbewegingen uit het verleden te reconstrueren. De directeur van het Oeschgercentrum, Martin Grosjean, neemt deel aan dit project.

De manier waarop de wind blies

Tijdens hun onderzoeksreis De projectpartners van Grosjean zullen op verschillende sub-Antarctische eilanden boren om sedimenten uit meren te verzamelen. Deze worden vervolgens door Grosjean en anderen geanalyseerd in het laboratorium. Algen die vroeger in deze meren leefden, worden tegenwoordig gefossiliseerd in dit sediment gevonden, en ze kunnen ons informatie geven over de windintensiteit tijdens het Holoceen.

Het reconstrueren van deze winden betekent het trekken van complexe conclusies uit de gegevens. Het zoutgehalte van de eilandmeren wordt beïnvloed door de windintensiteit, bijvoorbeeld. Sterke wind drijft meer nevel de lucht in en meer zout in de meren dan lichtere winden. Dit heeft invloed op de algen, zoals Grosjean uitlegt:"Algen variëren in hun gevoeligheid voor zout". Dus de soortensamenstelling van de algen in de sedimenten kan de onderzoekers in staat stellen om het voormalige zoutgehalte van het meer te bepalen, en dus ook de kracht van de wind op dat moment.

In recente jaren, zegt Grosjean, de wind is sterker geworden rond Antarctica. Niemand weet nog waarom dit is gebeurd. Het kan een gevolg zijn van het gat in de ozonlaag, of het kan verband houden met de opwarming van de aarde. Het is dus ook moeilijk om een ​​prognose te maken over hoeveel CO2 de Zuidelijke Oceaan in de toekomst zal kunnen opslaan.

Allemaal hetzelfde, verschillende onderzoeken hebben al aangetoond dat er de afgelopen jaren iets meer CO2 is opgenomen dan eerder het geval was. Hetzelfde geldt voor de landbiosfeer. Maar we kunnen er niet op vertrouwen dat deze trend zich voortzet. Om een ​​inschatting te maken van het gevaar dat de CO2-opname stopt, de materiaalkringlopen moeten nauwkeuriger worden onderzocht, zowel op het land als in de zee.