Vochtige kelder. Oude sokken. Rotte eieren. Stomende koeienmest.

Geloof het of niet, dit zijn de geuren van ons onderzoek, die ons over het Europese Noordpoolgebied heeft gebracht van Noord-Scandinavië naar vele uithoeken van Groenland. We bestuderen het vrijkomen van een bepaalde groep verbindingen uit de Arctische toendra als het klimaat warmer wordt.

Op één reis, we hebben een aantal van onze collega's geholpen om in de bevroren grond te boren om een ​​kern van permafrost op te halen, en we merkten een sterke, karakteristieke geur.

We kunnen het het beste omschrijven als een nare geur van rotte eieren vermengd met de frisse geur van aarde na regen. En het is deze stank die ons deed geloven dat er veel meer is dan alleen koolstofdioxide en methaan, die beide geurloze broeikasgassen zijn, vrijkomen in de atmosfeer wanneer de permafrost ontdooit.

Dus, we hebben een deel van de permafrostgrond teruggebracht naar ons laboratorium in Kopenhagen. We plaatsten de monsters in Mason-potten, Ik heb ze aangesloten op een uiterst gevoelige gasanalysator om te zien wat deze gassen waren.

Tot onze verbazing vonden we niet alleen een paar over het hoofd geziene gassen, maar honderden verschillende soorten gassen die uit de ontdooiende permafrost sijpelen. Velen van hen ruiken echt, maar in het lab ontdekten we er nog veel meer die even geurloos als onzichtbaar zijn.

Leven in de permafrost

Maar wat zijn deze gassen? En waar komen ze vandaan? Het antwoord ligt in het bacteriële leven dat verborgen is in deze bevroren bodems.

De gassen behoren tot een groep chemicaliën die gezamenlijk bekend staan ​​als vluchtige organische stoffen of VOS, geproduceerd door bacteriën.

Permafrostgrond lijkt misschien een nogal onherbergzame plaats met temperaturen die constant onder het vriespunt liggen. Maar, een enkele gram van deze verkoudheid, Arctische bodem kan miljoenen bacteriën bevatten.

De meerderheid overleeft door in een metabolisch inactieve slaaptoestand te komen, maar sommigen van hen hebben zich aangepast aan de barre omstandigheden en blijven actief. Bijvoorbeeld, sommige bacteriën bevatten antivries-eiwitten die de vorming van ijskristallen in de cellen voorkomen door het vriespunt van water te verlagen.

In feite, permafrost herbergt een vrij grote diversiteit aan microbieel leven. Ze gedijen goed in vloeibare pekeladers die door de bevroren grond lopen, waar het vriespunt lager is door de grote hoeveelheid zout. En ze kunnen ook overleven in de top van de permafrost, waar smeltwater uit de niet-bevroren grond erboven kan infiltreren.

Bacteriële praatjes

Bacteriën ervaren waarschijnlijk geen hartzeer of midlifecrises, en het leven als bacterie is waarschijnlijk niet zo ingewikkeld. Niettemin, ze communiceren wel met elkaar en met hun omgeving.

Bacteriën produceren VOC's die fungeren als signalen die andere bacteriën laten weten wanneer ze zich moeten voortplanten of verdedigingsmaatregelen moeten nemen tegen potentiële vijanden.

Andere VOC's worden zonder specifiek doel vrijgegeven. Ze zijn gewoon een bijproduct van verdamping of een groot aantal andere activiteiten die plaatsvinden in microbiële gemeenschappen.

Dus, de permafrostgassen die we in ons experiment waarnamen, waren in wezen producten van oude bacteriële communicatie en metabolische activiteit.

Hoewel de bacteriële activiteit in permafrost erg laag is, deze gassen kunnen zich gedurende lange tijd ophopen. Terwijl ze zich langzaam ophopen, ze komen vast te zitten in deze oude permafrostbodems, die miljoenen jaren oud kunnen zijn en uiteindelijk een aanzienlijke hoeveelheid gas kunnen opbouwen. Dit zou de grote, snelle gasafgifte die we bij het ontdooien hebben waargenomen.

Gratis bar in de permafrost

Van de honderden VOS die we hebben gemeten, Vooral ethanol viel op, omdat het goed was voor 50 procent van de massa die vrijkwam bij de ontdooiende permafrost.

Ethanolgas duidt op fermentatieprocessen in de bevroren permafrost. De hoeveelheid ethanol die vrijkwam was indrukwekkend en benadrukt de kwetsbaarheid van permafrost en de mogelijke impact die dit koolstofreservoir zou kunnen hebben op de algehele chemie van de atmosfeer.

Als we als planeet, nalaten om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, dan zal de daaropvolgende opwarming van de aarde tegen het einde van deze eeuw waarschijnlijk 40-80 procent van de permafrostbodems nabij het oppervlak doen ontdooien.

Ervan uitgaande dat alle permafrostbodems dezelfde hoeveelheid ethanol uitstoten als we hebben waargenomen, klimaatopwarming zal leiden tot het vrijkomen van 1, 000 miljard ton ethanol. Dit komt overeen met 21, 500 jaar verkeersemissies van een stad zo groot als Los Angeles, de meest drukke stad ter wereld, ervan uitgaande dat alle auto's ethanol als benzine gebruikten.

Zoals in ieder geval een deel van de menselijke bevolking, bacteriën consumeren ook gretig ethanol. Permafrost wordt bedekt door een laag grond die elke zomer ontdooit - de zogenaamde 'actieve laag'. De actieve bodemlaag herbergt een actieve microbiële gemeenschap die klaar staat om te drinken op de permafrost VOC-gassen zoals ethanol, terwijl ze naar boven diffunderen om de atmosfeer te bereiken.

VOC's op het menu

We konden deze gassen waarnemen omdat we in de diepe permafrost hebben gegraven en ze fysiek naar de oppervlakte hebben gebracht. Op dat moment ontdooide de bevroren grond en kwamen de gassen vrij.

Maar wat zou er in het 'echte leven' gebeuren, als de gassen niet op deze manier fysiek werden verstoord? Zouden ze nog steeds de oppervlakte bereiken als ze alleen naar de oppervlakte zouden diffunderen?

Hoewel VOC's door sommige bacteriën worden afgegeven, ze kunnen voedsel zijn voor anderen. Dus de vraag was of de permafrost VOC-gassen zouden worden opgegeten door micro-organismen die in de actieve bodemlaag leven, en zo verhinderd ooit de atmosfeer te bereiken?

Om dit te testen, we hebben nog een experiment opgezet, waarin we de afgifte van VOC's uit metselaarpotten met alleen permafrost vergeleken met metselaarpotten die zowel permafrost als een actieve laag grond bevatten.

We zagen dat de actieve laag werd gekoloniseerd door dorstige micro-organismen, aangezien bijna alle permafrost-VOC's nooit door de actieve bodemlaag zijn gekomen.

Betekent dit dan, dat door permafrost vrijgekomen VOS de atmosfeer niet zullen aantasten?

Hoogstwaarschijnlijk niet. Het noordpoolgebied ervaart momenteel een klimaatopwarming van twee keer zo snel als de rest van de planeet, en dit betekent dat de permafrost steeds sneller ontdooit.

Periodiek invriezen en ontdooien zijn krachtige processen die aardverschuivingen veroorzaken en diepere grondlagen naar de oppervlakte duwen. Door een dergelijke herinrichting van het landschap worden bevroren permafrostbodems blootgesteld aan direct contact met de atmosfeer, waardoor VOC's dorstige bacteriën kunnen omzeilen.

De bodem zinken?

We ontdekten ook een ander belangrijk proces:dat wil zeggen, het vermogen van bacteriën om grote hoeveelheden VOS te consumeren in de bodem boven de permafrost, zelfs bij lage temperaturen.

Zoals bacteriën, bomen en andere planten gebruiken VOS voor communicatie- en verdedigingsdoeleinden. En eigenlijk, VOS-afgifte door planten is 10-1000 keer hoger in vergelijking met bodem.

VOS uitgestoten door vegetatie wervelen rond in de lucht nabij de grond, voordat ze uiteindelijk de bovenste atmosfeer bereiken. Maar wat gebeurt er als deze VOS kort op het bodemoppervlak terechtkomen?

Als de bodem de door planten uitgestoten VOS effectief opneemt en daardoor de netto afgifte van VOS in de atmosfeer vermindert, dit kan gevolgen hebben voor VOS in de atmosfeer.

VOS beïnvloeden de atmosfeer op verschillende manieren, waarvan vele niet volledig worden begrepen. Bijvoorbeeld, wanneer ze worden gemengd met uitlaatgassen van het verkeer, dragen VOS bij aan de productie van luchtverontreiniging. Ze kunnen ook aan elkaar plakken om kleine deeltjes en zelfs wolken te vormen, die de planeet kunnen koelen. Anderzijds, VOS kunnen ook de concentraties van methaan en ozon in de lucht verhogen, die beide krachtige broeikasgassen zijn.

Dus, direct, we zijn in het laboratorium bezig met experimenten om erachter te komen hoe VOC's precies vrijkomen uit de permafrost in verschillende situaties om te begrijpen hoe dit in de toekomst zou kunnen veranderen als het klimaat blijft opwarmen.

VOC's verminderen of versnellen de klimaatopwarming

Klimaatwetenschappers zijn geïnteresseerd in VOS, omdat ze de fysieke en chemische balans van de atmosfeer kunnen veranderen.

Afhankelijk van de specifieke verbindingen, meteorologische omstandigheden, en met welke andere gassen ze in de lucht worden gemengd, VOS kunnen zowel een verwarmend als een verkoelend effect hebben op het klimaat.

VOC's vergemakkelijken de groei van atmosferische deeltjes en veroorzaken wolkenvorming die het klimaat afkoelt door zonnestraling terug naar de ruimte te reflecteren.

Anderzijds, VOS kunnen bijdragen aan de vorming van ozon op leefniveau, wat een broeikasgas is. De reacties waaraan VOS deelnemen, kunnen ook de levensduur van methaan verlengen, een ander broeikasgas. Dit heeft de potentie om de klimaatopwarming te versterken.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan ScienceNordic, de vertrouwde bron voor Engelstalig wetenschappelijk nieuws uit de Scandinavische landen. Lees hier het originele verhaal.