Na 26 jaar, 's werelds langstlopende experiment om te ontdekken hoe de opwarming van de aarde de bosbodems beïnvloedt, heeft een verrassend, cyclische reactie:Bodemopwarming stimuleert perioden van overvloedige afgifte van koolstof uit de bodem naar de atmosfeer, afgewisseld met perioden van geen waarneembaar verlies in koolstofvoorraden in de bodem. Algemeen, de resultaten geven aan dat in een opwarmende wereld, er zal een zichzelf versterkende en misschien oncontroleerbare koolstofterugkoppeling optreden tussen bosbodems en het klimaatsysteem, bijdragen aan de opbouw van atmosferische kooldioxide veroorzaakt door het verbranden van fossiele brandstoffen en het versnellen van de opwarming van de aarde. De studie, onder leiding van Jerry Melillo, Distinguished Scientist bij het Marine Biological Laboratory (MBL), verschijnt in het nummer van 6 oktober van Wetenschap .

Melillo en collega's begonnen dit baanbrekende experiment in 1991 in een loofbos in het Harvard Forest in Massachusetts. Ze begroeven elektrische kabels in een reeks percelen en verwarmden de grond 5° C boven de omgevingstemperatuur van controleplots. In de loop van het 26-jarige experiment (dat nog steeds voortduurt), de opgewarmde percelen verloren 17 procent van de koolstof die was opgeslagen in organische stof in de bovenste 60 centimeter grond.

"Om dit in context te plaatsen, "Melillo zegt, "elk jaar, voornamelijk door verbranding van fossiele brandstoffen, we laten ongeveer 10 miljard ton koolstof vrij in de atmosfeer. Dat is wat de toename van de atmosferische kooldioxideconcentratie en de opwarming van de aarde veroorzaakt. De bodems van de wereld bevatten ongeveer 3, 500 miljard ton koolstof. Als een aanzienlijke hoeveelheid van die koolstof in de bodem aan de atmosfeer wordt toegevoegd, door microbiële activiteit in warmere bodems, dat het proces van opwarming van de aarde zal versnellen. En zodra deze zichzelf versterkende feedback begint, er is geen gemakkelijke manier om het uit te schakelen. Er is geen knop om te draaien."

In de loop van het experiment, Melillo's team observeerde fluctuaties in de snelheid van de koolstofemissie van de bodem van de verwarmde percelen, wijst op cycli in het vermogen van bodemmicroben om organisch materiaal af te breken en koolstof af te geven. Fase I (1991 tot 2000) was een periode van aanzienlijk koolstofverlies in de bodem die aanvankelijk snel was, daarna vertraagd tot bijna nul. In fase II (2001-2007), er was geen verschil in koolstofemissies tussen de verwarmde en de controleplots. Gedurende die tijd, de bodemmicrobiële gemeenschap in de verwarmde percelen onderging een reorganisatie die leidde tot veranderingen in de structuur en functie van de gemeenschap. In fase III (2008-2013), de koolstofafgifte van verwarmde percelen was opnieuw groter dan die van controlepercelen. Dit viel samen met een voortdurende verschuiving in de microbiële gemeenschap in de bodem. Microben die meer weerbarstige organische stof in de bodem kunnen afbreken, zoals lignine, dominanter geworden, zoals aangetoond door genomische en extracellulaire enzymanalyses. In fase IV (2014 tot heden), de CO2-uitstoot van de verwarmde percelen is weer gedaald, wat suggereert dat een andere reorganisatie van de microbiële gemeenschap in de bodem aan de gang zou kunnen zijn. Als het cyclische patroon zich voortzet, Fase IV zal uiteindelijk overgaan naar een andere fase van hoger koolstofverlies van de verwarmde percelen.

"Dit werk benadrukt de waarde van ecologische langetermijnstudies die het kenmerk zijn van onderzoek in het MBL's Ecosystems Center, " zegt David Mark Welch, MBL's onderzoeksdirecteur. "Deze grote veldstudies, gecombineerd met modellering en een steeds verfijnder begrip van de rol van microbiële gemeenschappen in de dynamiek van ecosystemen, nieuwe inzichten bieden in de uitdagingen van klimaatverandering."

"De toekomst is een warmere toekomst. Hoeveel warmer is het probleem, Melillo zegt. "In termen van koolstofemissies van fossiele brandstoffen, dat zouden we kunnen beheersen. We kunnen kolencentrales sluiten, bijvoorbeeld. Maar als de microben in alle landschappen op dezelfde manier reageren op opwarming als we hebben waargenomen in bosbodems op de middelste breedtegraden, dit zichzelf versterkende feedbackfenomeen zal nog een tijdje aanhouden en we zullen die microben niet kunnen uitschakelen. Van bijzonder belang is de grote poel van gemakkelijk afbreekbare koolstof die is bevroren in arctische bodems. Terwijl die gronden ontdooien, dit feedbackfenomeen zou een belangrijk onderdeel zijn van het klimaatsysteem, met klimaatverandering die zichzelf voedt in een opwarmende wereld."