De milieuvoordelen van grotere, struikachtige toendraplanten in het noordpoolgebied kunnen worden overschat, volgens nieuw onderzoek waarbij de Universiteit van Stirling betrokken is.

Huidige ecosysteem- en klimaatmodellen suggereren dat, terwijl het noordpoolgebied opwarmt, toendra-ecosystemen worden productiever, met een grotere fotosynthese waardoor meer koolstof wordt verwijderd, of afgezonderd, uit de atmosfeer.

Echter, de meeste modellen houden geen rekening met de overdracht en het lot van deze koolstof onder de grond, en hoe dit kan interageren met bodemkoolstof door de activiteiten van bodemmicro-organismen. Dit is van cruciaal belang omdat de overgrote meerderheid van koolstof in Arctische ecosystemen wordt aangetroffen in de bodem en 'permafrost' (permanent bevroren bodem of sediment) in de vorm van organisch materiaal dat wordt geproduceerd door het onvolledige verval van dode planten, dieren en bodemorganismen in koude omstandigheden.

Het nieuwe onderzoek hield rekening met de impact van een struikachtiger Arctisch gebied op de koolstofvoorraden in de bodem en het algehele koolstofvastleggingspotentieel van deze ecosystemen. aanzienlijk, het ontdekte dat sommige hoge struikgemeenschappen recycling van koolstof in de bodem stimuleren, het terug in de atmosfeer afgeven als koolstofdioxide, wat betekent dat productievere struiken niet altijd resulteren in een grotere koolstofvastlegging.

Professor Philip Wookey van de Faculteit der Natuurwetenschappen aan de Universiteit van Stirling leidde het door de Natural Environment Research Council (NERC) gefinancierde onderzoeksprogramma waarvan deze studie deel uitmaakte. Stirling-collega Dr. Jens-Arne Subke was ook bij dit werk betrokken.

Professor Wookey zei:"Terwijl eerdere studies suggereren dat een warmer, een groener Noordpoolgebied kan de snelheid waarmee koolstofdioxide uit de atmosfeer wordt verwijderd, verhogen, ons onderzoek identificeerde een versnelling in de snelheid van koolstofverlies uit de bodem, terug in de atmosfeer.

"Dit kan de koolstofvastlegging meer dan compenseren en zou, onverwacht, deze ecosystemen veranderen in een netto bron van koolstofdioxide voor de atmosfeer. aanzienlijk, huidige ecosysteem- en klimaatmodellen houden geen rekening met dit raadsel, wat betekent dat we toekomstige klimaatfeedback van Arctische ecosystemen mogelijk onderschatten."

De studie werd geleid door Dr. Lorna Street, van de School of GeoSciences van de Universiteit van Edinburgh, en ook wetenschappers van de NERC Radiocarbon Facility in East Kilbride, en de universiteiten van Durham en Liverpool. Verdere steun werd ontvangen van het Aurora Research Institute, Wilfrid Laurier-universiteit, en de Universiteit van Montreal, allemaal in Canada.

Het veldwerk - kijkend naar hoe koolstof de afgelopen 50 jaar in planten en bodems circuleert - werd in 2013 en 2014 uitgevoerd in de Mackenzie Uplands van Northwest Territories, Canada.

Het team vond bewijs dat berkenstruiken in de Arctische toendra sterk verband houden met het vrijkomen van oude koolstof - meer dan 50 jaar geleden vastgelegd door fotosynthese en opgeslagen in organisch bodemmateriaal. Echter, dit gold niet voor els, een ander type Arctische struik.

Dr. Street zei:"We denken dat dit komt omdat, in berken, de producten van fotosynthese worden via schimmelsymbionten naar de bodem overgebracht, die de afbraak van organisch bodemmateriaal stimuleren als middel om de voedingsstoffen vrij te geven, zoals stikstof, die de berkenstruiken nodig hebben om te groeien.

"Daarentegen, in els, fotosyntheseproducten worden meestal vastgehouden in plantenweefsels omdat els vaak de hulp heeft van micro-organismen in de wortels, die in staat zijn stikstof rechtstreeks uit de atmosfeer te 'binden'.

"Deze bevindingen geven aan dat, als - zoals bewijs heeft gesuggereerd - struikberk zich de komende decennia vermenigvuldigt in toendra-ecosystemen, dit kan het verlies direct stimuleren, door versnelde ontbinding, van reeds bestaande koolstof in de bodem als koolstofdioxide."

Emissiereducties

Onzekerheid omringt het niveau van potentiële koolstofafgifte door permafrostsystemen op hoge breedtegraden - met voorspellingen variërend tussen 0 en 200 gigaton. Voor de context, 200 Gt vertegenwoordigt ongeveer 20 jaar huidige totale wereldwijde koolstofemissies, door menselijke activiteit, naar de atmosfeer.

Dr. Street voegde toe:"Als onze resultaten van toepassing zijn op permafrost-toendra-regio's, dit suggereert dat er een voorheen onbekend proces is dat het systeem naar de bovenkant van die voorspellingen zou kunnen duwen. Dit is enorm belangrijk omdat het betekent dat we mogelijk meer moeten doen dan momenteel wordt verwacht, in termen van vermindering van de uitstoot van kooldioxide, om onze klimaatdoelstellingen te halen."