Nästan hälften av koldioxiden som människor släpper ut i miljön tas upp av världshaven och den markbundna biosfären. På detta sätt, växthusgaser utvinns delvis ur atmosfären, som lindrar den globala uppvärmningsprocessen. Men kommer land och hav att kunna fortsätta lagra koldioxid i framtiden? Forskarna är inte säkra. Förändringar i havscirkulationen, skogsmarkeringar och stressreaktioner i skogar kan minska deras förmåga att fungera som kolsänkor.

På mark, växter och träd tar upp koldioxid (CO2) genom fotosyntes. Kol återvänder senare till jorden i form av växtmaterial, varför stora mängder av det lagras där. När klimatet blir varmt, dock, jordarna kan avge detta lagrade kol igen genom mikrobiell nedbrytning. Forskare försöker ta reda på vilken process som kommer att få övertaget i framtiden - och Schweiz är en av platserna för sina analyser.

Trädkantig matjord

Hur mycket kol ligger i marken, och hur kan detta förändras? Frank Hagedorn är baserad på det schweiziska federala skogsinstitutet, Snö- och landskapsforskning (WSL) i Birmensdorf, och han har engagerat sig i många projekt för att ta reda på svaren. Det är matjorden som är avgörande, eftersom det innehåller kol som kan brytas ner särskilt lätt. I ett av deras projekt, Hagedorns team kunde visa att denna nedbrytningsprocess är särskilt relevant i områdena runt trädgränsen. De spolade ett ekosystem med CO2 vid trädgränsen ovanför Davos, markera den med speciella kolisotoper så att de kan spåra hur materialcyklerna förändrades. Jordarna i alpina ekosystem är särskilt rika på kol, och det visade sig att de kan släppa ut en motsvarande stor mängd CO2 när temperaturen stiger. Denna process har redan påbörjats på grund av klimatförändringar orsakade av människor.

För att kunna dra slutsatser om CO2-sänkor på europeisk eller global skala, forskare behöver standardiserade mätningar. Dessa kan sedan extrapoleras för större geografiska områden, använder datormodeller. I det europeiska konsortiumprojektet 'ICOS Research Infrastructure', mätinstrument och databehandling standardiseras för närvarande. Projektet startade officiellt 2015 och Nina Buchmann från ETH Zürich koordinerar den schweiziska delen av det ('ICOS-CH'). Två mätplatser deltar här i Schweiz, hon säger:en i en granskog, även nära Davos, och en vid forskningsstationen Jungfraujoch.

Opålitliga skogar

Många års mätningar har redan visat att skog tar upp mycket CO2. I skogarna utanför Davos, CO2 -flöden mättes faktiskt så långt tillbaka som 1997, även om andra instrument användes då, säger Buchmann. "Ekosystemet har varit en koldioxidsänka hela tiden", hon säger. Detsamma gäller inte alla skogar i Schweiz, dock. Återplanterade områden, till exempel, kan vara en källa till CO2 i början, eftersom jorden där tappar mycket kol. Detta förändras bara när träden är större och skogen har etablerat sig, då blir det en CO2-sänka. Ju äldre skogen, dock, ju mindre kol finns i jorden, och desto mer finns i träet och löven på träden. Det bevisades av det nationella forskningsprogrammet 68 "Hållbar användning av mark som en resurs" (NRP 68).

Men kommer skogarna också att lagra CO2 i framtiden? Buchmann ser två grundläggande osäkerhetsfaktorer:klimatförändringar och skogsexploatering. En skogs lagringsfunktion kan försämras av torka, genom förändringar i hur det används, och genom förändringar i det område det täcker.

Ändå, skogar är inte heller den enda källan till osäkerhet, inte heller den största sådan faktorn. Många forskare, inklusive de vid Agroscope (Swiss Federal Centre of Excellence for agricultural research), är oroade över minskningen av matjorden på grund av jordbruksanvändning. Globalt sett, dock, de känsligaste landområdena med naturliga kolsänkor finns längst i norr. Metan är en särskilt potent växthusgas som släpps ut av permafrostmarken när den värms upp. Enligt Hagedorn, mängden som släpps ut beror i första hand på om jorden värms upp under fuktiga eller torra förhållanden. Ju högre luftfuktighet, desto större mängd metan som frigörs; när förhållandena är torrare, mer CO2 släpps ut.

Expedition till Antarktiska havet

Haven absorberar också enorma mängder CO2. För närvarande, den viktigaste marina sänkan för CO2 är södra oceanen som sträcker sig runt Antarktis. I december 2016, det schweiziska polarinstitutet (koordinerat av EPFL) gav sig ut på en forskningsresa i södra oceanen som en del av den internationella Antarctic Circumnavigation Expeditionen (ACE).

Ett av expeditionens projekt ägnas åt att studera växtplankton, eftersom dess fotosyntes spelar en betydande roll i södra oceanens CO2-absorptionsförmåga. När dessa alger dör, de sjunker till havets botten, tar med sig kol. Samuel Jaccard från Oeschger Center for Climate Change Research vid universitetet i Bern är en av de deltagande forskarna. Under expeditionen, teamet vill hämta havsvattenprover från olika djup ner till 1, 500 meter. De kommer att ta upp dessa prover till ytan i flaskor och sedan utsätta dem för geokemiska tester i labbet. Uppgifterna som de hoppas kunna få ska förklara hur kol levereras till havsdjupen, och hur snabbt detta sker.

Mängden CO2 som absorberas av södra oceanen beror också på vinden som driver havsströmmarna. Kallt vatten är bra på att lagra CO2, men förr i tiden, kall, djupt vatten som är rikt på CO2 har drivits upp till ytan av specifika vindförhållanden – och det är på ytan där temperaturen är varmare. Som ett resultat, södra havet släppte ut CO2 i atmosfären. Men vi vet knappt något om vindrörelsernas naturliga fluktuationer. För att avgöra när södra oceanen har absorberat och släppt ut CO2 tidigare, ytterligare ett ACE-projekt strävar efter att rekonstruera tidigare vindrörelser. Direktören för Oeschger Centre, Martin Grosjean, deltar i detta projekt.

Hur vinden blåste

Under sin forskningsresa, Grosjeans projektpartners kommer att borra på flera subantarktiska öar för att samla sediment från sjöar. Dessa kommer sedan att analyseras i labbet av Grosjean och andra. Alger som brukade leva i dessa sjöar finns idag fossiliserade i detta sediment, och de kan ge oss information om vindintensitet under Holocene -perioden.

Att rekonstruera dessa vindar innebär att man drar komplexa slutsatser från data. Salthalten i ö-sjöarna påverkas av vindstyrkan, till exempel. Starka vindar driver mer stänk i luften och mer salt i sjöarna än lättare vindar. Detta påverkar algerna, som Grosjean förklarar:"Alger varierar i sin känslighet för salt". Så algernas artkomposition i sedimenten kan låta forskarna bestämma sjöns tidigare saltinnehåll, och därmed också vindstyrkan på den tiden.

På senare år har säger Grosjean, vinden har blivit mer intensiv runt Antarktis. Ingen vet ännu varför detta har hänt. Det kan vara ett resultat av hålet i ozonskiktet, eller det kan vara kopplat till global uppvärmning. Så det är också svårt att göra någon prognos om hur mycket CO2 Sydhavet kommer att kunna lagra i framtiden.

Alla likadana, flera studier har redan visat att lite mer CO2 har absorberats de senaste åren än vad som tidigare varit fallet. Detsamma gäller för landbiosfären. Men vi kan inte lita på att denna trend fortsätter. För att uppskatta risken för att CO2-absorptionen upphör, materialcyklerna måste undersökas mer exakt - både på land och i havet.