Een nieuwe studie, gebaseerd op wetenschappelijke bemonstering van een roestige koolstofput in een permafrost-veengebied in Zweden, heeft onthuld dat ijzermineralen er niet in slagen om organische koolstof vast te houden, een enorme bron van CO ₂ en methaan niet opgenomen in de prognoses voor de opwarming van de aarde.

De studie, uitgevoerd door onderzoekers van de universiteiten van Tübingen en Bristol voerden hun onderzoekslocatie uit in Stordalen Mire, Abisko, Zweden verschijnt in Natuurcommunicatie vandaag.

Ongeveer een kwart van de grond op het noordelijk halfrond is permanent bevroren. Deze gebieden bevatten naar schatting ongeveer twee keer zoveel koolstof als de huidige atmosfeer van de wereld. Echter, deze permafrostbodems ontdooien steeds meer naarmate de aarde warmer wordt.

Het onderzoeksteam, onder leiding van professor Andreas Kappler, en Monique Patzner van het Centrum voor Toegepaste Geowetenschappen, en Dr. Casey Bryce - nu aan de Universiteit van Bristol - in samenwerking met professor Thomas Borch aan de Colorado State University, onderzocht hoe deze ontwikkeling de micro-organismen in de bodem aantast. Ze gingen ervan uit dat ontdooien de beschikbaarheid van organische koolstof voor micro-organismen verhoogt om te verwerken, op hun beurt komen er enorme hoeveelheden koolstofdioxide en methaan vrij. Deze gassen versnellen het broeikaseffect, wat leidt tot een verdere ontdooiing van de permafrost in een vicieuze cirkel.

Stijgende temperaturen leiden tot ineenstorting van intacte permafrostbodems, resulterend in aardverschuivingen en de wijdverbreide vorming van wetlands. In deze laatste studie het team onderzocht wat er gebeurt met de koolstof die vastzit in de bodem als de permafrost ontdooit.

"Het organische materiaal dat van nature in de monsters aanwezig is, heeft zich gedurende duizenden jaren als turf opgehoopt. Met permafrost-dooi, microben worden actief en kunnen het veen afbreken, " zegt professor Kappler. "We weten ook dat ijzermineralen organische koolstof beschermen tegen biologische afbraak in verschillende omgevingen - en dus een koolstofput kunnen zijn, zelfs nadat de permafrost is ontdooid." Het reactieve ijzer is aanwezig als een soort roest en kan naar verwachting het organische materiaal opsluiten in wat de wetenschappers een 'roestige koolstofput' noemen.

Daar, monsters van het bodemporiewater en boorkernen werden genomen van de actieve laag langs een permafrost-dooigradiënt. Het onderzoeksteam onderzocht hoeveel organisch materiaal gebonden was aan reactieve ijzermineralen, hoe stabiel deze Fe-C-associaties zijn met permafrostdooi, en of de aanwezige micro-organismen het materiaal kunnen gebruiken als voedsel- en energiebron. Het team voerde ook experimenten uit in het laboratorium in Tübingen.

Het team ontdekte dat micro-organismen blijkbaar in staat zijn om het ijzer als voedselbron te gebruiken, waardoor de gebonden organische koolstof vrijkomt in het water in de bodem. Dat betekent dat de roestige koolstofput niet kan voorkomen dat de organische koolstof uit de ontdooiende permafrost ontsnapt. Op basis van gegevens die elders op het noordelijk halfrond beschikbaar zijn, onderzoekers verwachten dat hun bevindingen van toepassing zullen zijn op permafrost-omgevingen over de hele wereld.

De hoofdauteur van de publicatie, Monique Patzner, vat samen:"De roestige koolstofput wordt alleen gevonden in intacte permafrostbodems; deze put gaat verloren tijdens permafrostdooi." Nu zoeken de onderzoekers uit hoe dit de uitstoot van broeikasgassen en daarmee de opwarming van de aarde faciliteert. "Het lijkt erop dat de voorheen ijzergebonden koolstof in hoge mate biologisch beschikbaar is en daarom bacteriën kunnen het onmiddellijk omzetten in broeikasgasemissies, ", zegt Patzner. "Dit is een proces dat momenteel niet voorkomt in modellen voor het voorspellen van klimaatverandering en waarmee rekening moet worden gehouden."

Dr. Bryce, die haar onderzoek voortzet binnen de School of Earth Sciences van Bristol University, toegevoegd:"We hebben vastgesteld dat natuurlijk voorkomende roest koolstof vasthoudt in Arctische veengebieden en mogelijk de afgifte aan de atmosfeer als broeikasgas remt. Echter, als permafrost smelt, wordt de roest opgelost door bacteriën en komt de bijbehorende koolstof vrij. Deze studie vertegenwoordigt een opwindende vooruitgang in ons begrip van hoe interacties tussen organische materie, metalen en micro-organismen kunnen het verlies van koolstof uit veengebieden reguleren, met belangrijke gevolgen voor klimaatfeedback in het noordpoolgebied."

De onderzoekers die bij deze studie betrokken zijn, bekijken nu hoe ze de identiteit kunnen vaststellen van de micro-organismen die verantwoordelijk zijn voor mineraalverlies, het lot van de vrijgekomen koolstof en de gevolgen voor de uitstoot van broeikasgassen.

Dr. Bryce voegde toe:"We werken ook aan het vaststellen hoe dynamische interacties tussen ijzermineralen en koolstof zijn tijdens vries-dooi- of droog-bevochtigingscycli. We gebruiken ook enkele van de lessen die in het noordpoolgebied zijn geleerd voor veengebieden in het VK die momenteel extreme degradatie ervaren."