Stel je 500 miljoen auto's voor, gestapeld in rijen. Dat is hoeveel koolstof - ongeveer 1, 000 petagrammen, of een miljard metrische ton - is opgesloten in Arctische permafrost.

Momenteel, wetenschappers schatten dat 5-15% van de koolstof die is opgeslagen in permafrostbodems aan het oppervlak, tegen 2100 kan worden uitgestoten als het broeikasgas koolstofdioxide, gezien het huidige traject van de opwarming van de aarde. Deze emissie, aangespoord door microbiële actie, kan leiden tot 0,3 tot 0,4 graden Celsius extra opwarming van de aarde.

Maar deze schatting mist een cruciaal pad dat koolstofdioxide mogelijk de atmosfeer binnendringt:zonlicht.

Volgens een studie van de Universiteit van Michigan, organische koolstof in ontdooiende permafrostbodems die in meren en rivieren worden gespoeld, kan door zonlicht worden omgezet in koolstofdioxide, een proces dat bekend staat als fotomineralisatie.

Het onderzoek, onder leiding van aquatische geochemicus Rose Cory, heeft ontdekt dat organische koolstof van ontdooiende permafrost zeer gevoelig is voor fotomineralisatie door ultraviolet en zichtbaar licht, en zou nog eens 14% koolstofdioxide in de atmosfeer kunnen brengen. De studie van haar team is gepubliceerd in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven .

"Pas onlangs hebben wereldwijde klimaatmodellen broeikasgassen opgenomen van ontdooiende permafrostbodems, maar geen van hen bevat deze feedbackroute, " zei Cory, een universitair hoofddocent aard- en milieuwetenschappen.

"Om een ​​cijfer te krijgen over hoeveel koolstof er door oxidatie uit permafrostbodems kan vrijkomen, we moeten begrijpen wat de processen zijn en wat de tijdschaal is:misschien is deze koolstof zo resistent tegen oxidatie dat, zelfs als het is ontdooid, het zou gewoon in de Noordelijke IJszee stromen en in een andere vriezer worden begraven."

Deze route is besproken omdat het moeilijk is om te meten hoe zonlicht koolstof in de bodem afbreekt. Elke lichtgolflengte heeft een ander effect op de organische koolstof in de bodem, evenals het ijzergehalte in de bodem. Om precies te meten hoe koolstofdioxide wordt uitgestoten wanneer organische koolstof wordt blootgesteld aan zonlicht, Cory's corresponderende auteur Collin Ward, een wetenschapper bij Woods Hole Oceanographic Institution en U-M aluin, ontwikkelde een methode om het effect van elke golflengte op de organische koolstof in de bodem te meten. Om dit te doen, hij bouwde een nieuw instrument dat led-verlichting gebruikt om verschillende golflengten van de zon na te bootsen.

"Deze nieuwe op LED's gebaseerde methode maakt het veel gemakkelijker en goedkoper om erachter te komen hoe door licht gestuurde reacties variëren voor verschillende golflengten van de zon, ' zei Ward. 'Nadat ik het instrument had gebouwd, heb ik Rose meteen gebeld en gezegd dat ik het eerst op permafrostmonsters wilde gebruiken.'

De onderzoekers plaatsten organische koolstof die was uitgeloogd uit bodemmonsters van zes Arctische locaties in het instrument, en vervolgens de monsters aan het LED-licht onderworpen. Na de blootstelling aan licht, ze extraheren de koolstofdioxide cryogeen en gebruikten een massaspectrometer om de leeftijd en de hoeveelheid koolstofdioxide te meten die door de bodemkoolstof wordt afgegeven.

Ze ontdekten dat niet alleen de golflengte van zonlicht invloed had op de hoeveelheid vrijgekomen kooldioxide, de hoeveelheid ijzer in het monster deed het ook. IJzer werkte als een katalysator, het verhogen van de reactiviteit van de bodem.

"Wat we al lang vermoedden, is dat ijzer dit door zonlicht aangedreven proces katalyseert, en dat is precies wat onze resultaten laten zien, ' zei Cory. 'Als de totale hoeveelheid ijzer toeneemt, de hoeveelheid kooldioxide neemt toe."

Cory's team gebruikte ook koolstofdatering om de organische koolstof in de bodem en de koolstofdioxide die eruit wordt uitgestoten te laten verouderen om aan te tonen dat deze oxidatie plaatsvond met oude permafrost, niet alleen grond die jaarlijks ontdooit. Dit is belangrijk omdat bodem die jaarlijks ontdooit een veel kleinere hoeveelheid koolstofdioxide zou afgeven dan wat er in permafrost beschikbaar is.

De onderzoekers ontdekten dat het tussen de 4, 000 en 6, 300 jaar oud, en door aan te tonen hoe oud de grond is, ze laten zien dat permafrost koolstof gevoelig is, of labiel, tot oxidatie tot koolstofdioxide.

"We hebben niet alleen de eerste golflengtespecifieke meting van deze door zonlicht gestuurde reactie, maar we hebben ook verificatie dat het oude koolstof is die wordt geoxideerd tot koolstofdioxide. Cory zei. "We kunnen elke twijfel wegnemen dat zonlicht oude koolstof zal oxideren en we laten zien wat dit proces regelt - het is het ijzer dat de zonlichtoxidatie van oude (of oude) koolstof katalyseert."

Door de bevinding van het UM-team in modellen voor klimaatverandering op te nemen, betekent dit dat er - conservatief - 6% zou kunnen vrijkomen van de 100 miljard ton koolstof die momenteel is opgeslagen in Arctische permafrost. Als 6% niet veel klinkt, Bedenk dat dat het koolstofequivalent is van ongeveer 29 miljoen auto's die in de atmosfeer verdampen.