Warmere temperaturen en ontdooiende bodems kunnen leiden tot een toename van de uitstoot van kooldioxide van de toendra in Alaska naar de atmosfeer, vooral tijdens de vroege winter, volgens een nieuwe studie van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), NASA en de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Een nieuwe krant onder leiding van Roisin Commane, een atmosferische onderzoeker bij SEAS, constateert dat de hoeveelheid kooldioxide die jaarlijks tussen oktober en december door de noordelijke toendragebieden wordt uitgestoten, sinds 1975 met 70 procent is toegenomen.

Commane en een team van onderzoekers analyseerden drie jaar vliegtuigobservaties van NASA's Carbon in Arctic Reservoirs Vulnerability Experiment (CARVE) luchtmissie om de ruimtelijke en seizoensgebonden verdeling van de kooldioxide-emissies van Alaska te schatten. Ze bestudeerden ook NOAA's 41-jarige record van koolstofdioxide gemeten vanaf grondtorens in Barrow, Alaska. De vliegtuiggegevens leverden ongekende ruimtelijke informatie, terwijl de grondgegevens langetermijngegevens opleverden die nergens anders in het noordpoolgebied beschikbaar waren.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

De bodems die de hoge noordelijke delen van het noordpoolgebied omringen, bevatten enorme hoeveelheden koolstof in de vorm van onverrot organisch materiaal van dode vegetatie. Deze enorme winkel, gedurende duizenden jaren verzameld, bevat genoeg koolstof om de huidige hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer van de aarde te verdubbelen.

Tijdens de Arctische zomer, de bovenste lagen van de bodem ontdooien en microben ontleden de organische stof om koolstofdioxide te produceren. Wanneer de koude temperaturen in oktober terugkeren, de ontdooide grondlagen beginnen af ​​te koelen, maar de hoge uitstoot van kooldioxide gaat door totdat de bodem volledig bevriest.

"Vroeger, het opnieuw invriezen van de bodem kan een maand of zo hebben geduurd, maar, met warmere temperaturen in de afgelopen jaren, er zijn locaties in Alaska waar toendrabodems nu meer dan drie maanden nodig hebben om volledig te bevriezen, "zei Commane. "We zien dat de uitstoot van kooldioxide uit de bodem doorgaat tijdens deze vroege winterperiode."

"Gegevens van Barrow laten een gestage toename zien van zowel atmosferische koolstofdioxide als temperatuur in de late herfst en vroege winter, " zei co-auteur Colm Sweeney van het Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences in Boulder, Colorado. "Dit nieuwe onderzoek toont het cruciale belang aan van deze monitoringsites voor de lange termijn bij het verifiëren van de subtiele feedback, zoals een toename van koolstofdioxide, die de ongekende opwarming die we overal in het noordpoolgebied zien, kunnen versterken."

CARVE vloog van april tot november in 2012 met een geïnstrumenteerd NASA-vliegtuig om atmosferische kooldioxide en andere broeikasgassen boven Alaska te meten 2013 en 2014. Deze gegevens, samen met satellietgegevens over de vegetatiestatus en grondgegevens om het hele jaar door een context en een langetermijnrecord te bieden, gaf de wetenschappers een gedetailleerd beeld van de CO2-uitstoot op regionaal niveau.

"Een van de belangrijkste doelstellingen van CARVE was om het idee aan te vechten dat de kooldioxide-ademhaling stopte zodra de sneeuw viel en het landoppervlak bevroor, " zei Charles Miller, een wetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, en CARVE hoofdonderzoeker. "De CARVE-vluchten bewijzen dat microbiële ademhaling doorgaat in toendrabodems, maanden nadat het oppervlak is bevroren."

Door gelijktijdige metingen van kooldioxide in de atmosfeer te vergelijken, koolmonoxide, Commane en haar co-auteurs splitsten hun schattingen van het totale koolstofbudget van Alaska op in bijdragen van de drie belangrijkste bronnen van atmosferische koolstof:verbranding van fossiele brandstoffen door mensen; bosbranden; en microben die organisch materiaal in de bodem afbreken. In het dunbevolkte Alaska, de bodemmicroben waren een veel grotere bron van atmosferische koolstof dan de verbranding van fossiele brandstoffen. Bosbranden waren een grote bron van atmosferische koolstof in slechts één jaar na het CARVE-experiment, 2013.

"Toendrabodems lijken te werken als een versterker van klimaatverandering, " zei co-auteur Steve Wofsy, Abbott Lawrence Rotch hoogleraar Atmosferische en Milieuwetenschappen aan SEAS.

Meer koolstofdioxide dat vrijkomt in de atmosfeer zal de klimaatopwarming versnellen, die, beurtelings, kan leiden tot meer kooldioxide die vrijkomt uit deze bodems, vooral in de vroege winter.

"We moeten goed in de gaten houden wat het daar doet, zelfs laat in het jaar als alles er bevroren en slapend uitziet, ' zei Wofsy.

"De hele regio van Alaska reageert op klimaatverandering, " zei Donatella Zona van de San Diego State University in Californië, die niet bij het onderzoek betrokken was. "De hoeveelheid koolstof die in de herfst door Arctische ecosystemen naar de atmosfeer verloren is gegaan, is de afgelopen 40 jaar aanzienlijk toegenomen. Door deze processen in het koude seizoen beter vast te leggen en eerdere kleinschalige metingen in een grotere context te plaatsen, deze studie zal wetenschappers helpen bij hun inspanningen om klimaatmodellen en voorspellingen van Arctische klimaatverandering te verbeteren."