Bevroren in permafrostgrond, noordelijke breedtegraden slaan bijna twee keer zoveel koolstof op als momenteel in de atmosfeer. De snelle opwarming van het Noordpoolgebied zal naar verwachting eerder bevroren bodemkoolstof blootstellen aan microbiële ontbinding en de afgifte van kooldioxide verhogen. De impact op de koolstofdioxidebalans is, echter, niet helder.

Waarom? Omdat warmere temperaturen en voedingsstoffen die vrijkomen bij het ontdooien van permafrost de plantengroei verhogen en de kooldioxideverliezen kunnen compenseren. We onderzochten het effect van warmere lucht en het effect van warmere bodem en permafrostdooi op toendra-ecosysteem kooldioxide. Zeven jaar experimenteel onderzoek tonen aan dat de groei van planten in de zomer niet, op langere termijn, net zoveel koolstof opnemen als verloren is gegaan door bodemopwarming en permafrost.

Modellen en waarnemingen zijn het momenteel oneens over hoe de opwarming van het Noordpoolgebied de koolstofdioxidebalans van toendra-ecosystemen zal beïnvloeden. Weinig studies combineren warmere lucht en permafrost-dooi om de koolstofdioxidebalans van het ecosysteem te evalueren. Dit werk laat zien dat de opname en het verlies van koolstofdioxide door de toendra veel sterker reageerde op ontdooiing van de permafrost dan op alleen warmere lucht. De snelle dooi van de permafrost stimuleerde aanvankelijk de opname van kooldioxide in de zomer. Echter, opname vlakt af bij zeer diepe dooi. In alle jaren van het experiment, De opname van kooldioxide in de zomer was onvoldoende om het kooldioxideverlies het hele jaar door te compenseren.

Zeven jaar experimentele lucht- en bodemopwarming in toendra's laten zien dat bodemopwarming en permafrostdooi een veel sterker effect hadden op de koolstofbalans dan luchtopwarming. Permafrost-dooi stimuleerde aanvankelijk een grotere opname van koolstofdioxide in de zomer dan het verlies van koolstofdioxide; echter, de aanvankelijke stijgingen hielden niet aan. Naarmate het ontdooien vorderde, zomer kooldioxide opname en kooldioxide verlies afgevlakt. Het afvlakken van de opname en afgifte van kooldioxide zou kunnen worden verklaard door de vertraging van de plantengroei en een grotere bodemverzadiging toen dooi ervoor zorgde dat het grondoppervlak instortte. De complexe interacties tussen ontdooien van permafrost, Plantengroei, en bodemvocht kon wiskundig worden vastgelegd door een kwadratische relatie die aantoont dat het effect van dooi op de opname en het verlies van kooldioxide in de loop van de tijd veranderde. Modellen en metingen die werden gebruikt om de kooldioxideverliezen tijdens de winter te schatten, toonden aan dat de toendra op jaarbasis kooldioxide verloor, zelfs tijdens die zomers waarin dooi een hoge plantengroei en kooldioxideopname stimuleerde.