Bijna de helft van de organische koolstof die wereldwijd in de bodem is opgeslagen, bevindt zich in Arctische permafrost, die snel smelten heeft ervaren, en dat organisch materiaal zou kunnen worden omgezet in broeikasgassen die de opwarming van de aarde zouden verergeren.

Als de permafrost ontdooit, microbiële consumptie van die koolstofreserves produceert koolstofdioxide - waarvan een groot deel uiteindelijk in de atmosfeer terechtkomt, maar wetenschappers zijn er niet zeker van hoe het systeem werkt.

Een nieuwe studie die deze week is gepubliceerd in Natuurcommunicatie schetst de mechanismen en wijst op het belang van zowel zonlicht als de juiste microbiële gemeenschap als sleutels voor het omzetten van permafrost-koolstof in CO2. Het onderzoek werd ondersteund door de Amerikaanse National Science Foundation en het Department of Energy.

"We weten al lang dat microben de koolstof omzetten in CO2, maar eerdere pogingen om het Arctische systeem te repliceren in laboratoriumomgevingen zijn mislukt, " merkte Byron Crump op, een biogeochemicus van de Oregon State University en co-auteur van het onderzoek. "Zoals het blijkt, dat komt omdat de laboratoriumexperimenten geen heel belangrijk element bevatten - zonlicht.

"Als de permafrost smelt en opgeslagen koolstof vrijkomt in beken en meren in het noordpoolgebied, het wordt blootgesteld aan zonlicht, die het verval door sommige microbiële gemeenschappen versterkt, en vernietigt de activiteit voor andere gemeenschappen. Verschillende microben reageren verschillend, maar er zijn honderden, zelfs duizenden verschillende microben die er zijn en het blijkt dat de microben in de bodem goed zijn toegerust om aan zonlicht blootgestelde permafrostkoolstof te eten."

Het onderzoeksteam van Oregon State en de University of Michigan was in staat om verbindingen te identificeren die de microben verkiezen met behulp van chemie met hoge resolutie en genetische benaderingen. Ze ontdekten dat zonlicht permafrostbodems lekkerder maakt voor microben omdat het deze omzet in dezelfde soorten koolstof die ze al graag eten - de koolstof die ze zijn aangepast om te metaboliseren.

"De koolstof waar we het over hebben, verplaatst zich van de bodem naar rivieren en meren, waar het volledig wordt blootgesteld aan zonlicht, ' zei Crump. 'Er zijn geen bomen en geen schaduw, en in de zomer, er is 24 uur per dag zonlicht. Dat maakt zonlicht potentieel belangrijker bij het omzetten van koolstof in CO2 in het noordpoolgebied dan in een tropisch bos, bijvoorbeeld."

Naarmate het klimaat verder opwarmt, er zijn interessante gevolgen voor het noordpoolgebied, zei Crump, die een faculteitslid is in OSU's College of Earth, Oceaan, en Atmosferische Wetenschappen.

"De langetermijnvoorspelling voor het Arctische toendra-ecosysteem is dat de opwarming zal leiden tot struiken en grotere planten die de toendra vervangen, die schaduw zal bieden tegen het zonlicht, " zei Crump. "Dat wordt beschouwd als een negatieve feedback. Maar er is ook een positieve feedback, in die seizoenen zullen naar verwachting uitbreiden. De lente zal eerder komen, en de herfst zal later zijn, en meer water en koolstof zullen meren en stromen binnendringen met een snellere afbraak van koolstof.

"Welke feedback zal sterker zijn? Niemand kan het met zekerheid zeggen."

De inzet is hoog, zei Kromp. Er is meer koolstof opgeslagen in de bevroren permafrost dan in de atmosfeer. Het heeft zich gedurende miljoenen jaren opgehoopt door planten die groeien en sterven, met een zeer langzaam vervalproces vanwege het vriesweer.

"Sommige organische stof is minder smakelijk voor microben dan andere, "Crump zei, "maar bacteriële gemeenschappen zijn divers, dus er zal iets zijn dat die energie wil en het zal gebruiken."