Arctische permafrost ontdooit terwijl de aarde opwarmt als gevolg van klimaatverandering. In sommige gevallen, wetenschappers voorspellen dat deze ontdooiende grond steeds grotere hoeveelheden methaan zal afgeven, een krachtig broeikasgas, waarvan bekend is dat het meer warmte vasthoudt in de atmosfeer van onze planeet.

Nu heeft een team onder leiding van de Universiteit van Washington een nieuwe reden gevonden voor de verhoogde methaanemissies van een ontdooiend permafrostmoeras in Alaska:vroege regenval in de lente verwarmt het moeras en bevordert de groei van planten en methaanproducerende microben. Het team toonde aan dat vroege neerslag in 2016 het moeras ongeveer drie weken eerder dan normaal opwarmde, en verhoogde de methaanemissies van het moeras met 30 procent in vergelijking met voorgaande jaren. Deze resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven .

"In het algemeen, de kans op het genereren van methaan neemt toe met meer regenval omdat de bodem drassig wordt. Maar wat we hier zien is anders, " zei corresponderende auteur Rebecca Neumann, een universitair hoofddocent bij de afdeling Civiele &Milieutechniek van UW. "Vroege regen zorgde ervoor dat een sliert warm water ons veen binnenstroomde. We denken dat microben in het veen opgewonden raakten omdat ze opgewarmd waren, dus lieten ze voedingsstoffen uit de grond vrij die meer plantengroei mogelijk maakten. De productie en uitstoot van methaan zijn nauw verbonden met de bodemtemperatuur en de plantengroei.

"Onze resultaten benadrukken dat deze permafrostgebieden gevoelig zijn voor de thermische effecten van regen, en omdat we anticiperen dat deze omgevingen in de toekomst natter zullen worden, we zouden een toename van de methaanemissies kunnen zien die we niet hadden verwacht."

Op de noordelijke breedtegraden, moerassen ontstaan ​​​​wanneer ijsrijke permafrost ontdooit. Het ontdooide gebied zakt weg ten opzichte van het omringende landschap als het ijs smelt, en de bodem raakt drassig, het creëren van een wetland met grasachtige planten, zegge genaamd, die over het oppervlak groeien.

Neumann en haar team bestudeerden een ontdooiend permafrostmoeras op ongeveer 20 mijl van Fairbanks, Alaska, van 2014 tot en met 2016. Door de jaren heen, de onderzoekers volgden de methaanemissies in en rond het veen, zegge plantengroei en bodemtemperatuur op 16 verschillende diepten.

In 2016 zag het team de temperatuur aan de rand van het moeras 20 dagen eerder stijgen, en de cumulatieve methaanemissies over het veen nemen met 30 procent toe in vergelijking met de voorgaande jaren.

"We zagen de fabrieken gek worden en de methaanuitstoot gek worden, Neumann zei. "2016 had bovengemiddelde regenval, maar 2014. Dus wat was er anders aan dit jaar?"

De sleutel bleek de timing van de neerslag te zijn:de voorjaarsregen begon in 2016 eerder dan in 2014. In het voorjaar is de grond kouder dan de lucht. Dus de regen, die dezelfde temperatuur heeft als de lucht, verwarmt de grond als deze de grond ingaat. Hoe vroeger de lenteregens komen, hoe eerder de grond in het omringende bos verzadigd raakt. Eventuele overtollige regen stroomt dan naar beneden in het veen, snel opwarmen van de veengronden.

De warme grond helpt microben die in het veen leven en versnelt hun metabolisme. Normaal gesproken gebruiken microben zuurstof om organisch materiaal af te breken, en ze geven koolstofdioxide af aan de lucht. Maar in drassige bodems, als een moeras gecreëerd door permafrost dooi, er is geen zuurstof in de buurt. Dus de microben moeten alles gebruiken wat beschikbaar is, en uiteindelijk zetten ze organisch materiaal om in methaan.

"Het is de bodem van het vat in termen van energieproductie voor hen, " zei Neumann. "De microben in dit moeras zijn op een bepaald niveau als 'Oh man, we zitten vast met het maken van methaan, want dat is alles wat dit moeras ons toestaat te doen.'"

Tegelijkertijd, de zeggeplanten worden ook gevoed door de warmere grond. In 2016 vond het team meer van deze planten aan de warmere randen van het veen. Zegge, zoals de meeste planten, koolstofdioxide uit de lucht halen om hun voedsel te maken, die ze naar hun wortels sturen om hen te helpen groeien. Soms lekt het voedsel uit de wortels de grond in waar het voedsel kan worden voor de microben. Dus meer zegges voeden de microben rechtstreeks om meer methaan te maken.

In aanvulling, zegge bevatten holle, met lucht gevulde buizen waardoor zuurstof uit de lucht naar hun wortels kan stromen. Deze buizen zorgen er ook voor dat het methaan van de microben uit het moeras kan ontsnappen en de atmosfeer binnendringt.

"De planten doen eigenlijk twee dingen, " Zei Neumann. "Ze leveren lekkere koolstof waarmee de microben meer methaan kunnen maken dan ze anders zouden hebben gedaan. De planten bieden ook een kanaal waardoor methaan in de atmosfeer kan ontsnappen. Ze zijn een dubbele klap voor de methaanproductie en -uitstoot."

Terwijl de aarde opwarmt, deze noordelijke breedtegraden zullen naar verwachting meer regenval ervaren. Als deze regen in de lente of vroege zomer valt, deze gebieden zouden meer methaan in de atmosfeer kunnen uitstoten dan momenteel wordt voorspeld. Neumann en haar team zijn van plan om de methaanemissies van andere moerassen te onderzoeken om te zien of dit patroon geldt voor de noordelijke breedtegraden.

"In het algemeen, het vermogen van regen om thermische energie naar de bodem te transporteren is ondergewaardeerd, " zei Neumann. "Onze studie toont aan dat door de bodemtemperatuur en de methaanemissies te beïnvloeden, regen kan het vermogen van het ontdooien van permafrostlandschappen om het klimaat op te warmen vergroten."