En ny studie från Östra Finlands universitet visar, för första gången, det isotopiska fingeravtrycket av dikväveoxid som produceras av arktiska jordar. Fyndet öppnar nya vägar för att förutsäga framtida trender inom atmosfärisk lustgas samt för att identifiera åtgärder för att mildra klimatförändringar i Arktis, en region som är särskilt känslig för klimatförändringar.

Lustgas (N2O) är en kraftfull växthusgas och även den näst största bidragsgivaren till ozonnedbrytningen i stratosfären. Det produceras naturligt av jordar, med jordbruks- och tropisk regnskogsjord som är de viktigaste källorna till N2O till atmosfären. Tills nyligen, forskare antog att lustgasutsläppen var försumbara i kallare klimatregioner som Arktis och subarktis.

Detta antagande, dock, motsagdes av forskare från Östra Finlands universitet för ett decennium sedan, när de upptäckte att kala torvytor i permafrosttorvmarker släpper ut stora mängder N2O, trots den allmänna kvävebegränsningen i tundraekosystemen. Sedan dess, N2O -utsläpp och deras underliggande processer har varit föremål för mycket forskning och, också, debatt.

I en ny studie, forskare från Östra Finlands universitet, tillsammans med kollegor från Venezuelan Institute for Scientific Research (IVIC) och University of California, Berkeley, utforska isotopsammansättningen och potentiella källor till dikväveoxid som släpps ut av jordar i den subarktiska tundran. Studien utforskar nya gränser inom polarvetenskap, och det tillvägagångssätt som används etablerar ett arv av data och metoder som har potential att länka det arktiska ekosystemet med den globala N2O-cykeln.

I studien, forskarna undersökte kväve- och syreisotoper i N2O-prover som samlats in från permafrosttorvmarker i nordvästra Ryssland. Genom att använda "webbplatspreferens"-analys, forskarna identifierade också de specifika isotoper som ockuperar de två olika kväveplatserna i dikväveoxidmolekylen. Studien presenterar för första gången det isotopiska fingeravtrycket av N2O som produceras av jordar på arktisk tundra, därigenom bidra till en förståelse för N2O-produktionsmekanismer i denna understuderade miljö.

Eftersom olika mikrobiella processer lämnar distinkta isotopiska fingeravtryck på dikväveoxid, forskarna hoppades också kunna ta reda på de relativa mängderna dikväveoxid som släpps ut av olika kvävebearbetande mikrober i tundrajorden. Resultaten tyder på att N2O-utsläppen från bar tundratorvmark kan bero på nitrifierad denitrifiering, en mikrobiell process som omvandlar ammoniak (NH4) till N2 i en serie steg, varav en producerar dikväveoxid. Dock, under studieåret var N2O-utsläppen låga jämfört med tidigare år, och orsakerna till de höga utsläppen är fortfarande oklara. Isotopdata var inte tillräckligt avgörande, och till och med den sofistikerade tekniken för platspreferens gav inte tillräckligt med information för att reta olika mikrobers relativa roller.

Ändå, fynden är värdefulla eftersom isotopiska lustgasdata från Arktis och subarktis är extremt sällsynta. Fynden kan underlätta förutsägelser om framtida trender i atmosfärisk lustgas och hjälpa till att identifiera begränsningsåtgärder i Arktis, en region som är särskilt känslig för klimatförändringar. I framtiden, Förhöjda N2O-utsläpp från naturlig jord som t.ex. subarktisk tundra kan maskera isotopeffekten som orsakas av begränsningsåtgärder från jordbruket.