Fryst i permafrostjord, nordliga breddgrader lagrar nästan dubbelt så mycket kol som för närvarande finns i atmosfären. Den snabba uppvärmningen av Arktis förväntas utsätta tidigare frusna markkol för mikrobiell nedbrytning och öka koldioxidutsläppet. Inverkan på koldioxidbalansen är, dock, oklar.

Varför? Eftersom varmare temperaturer och näringsämnen som frigörs från upptining av permafrost ökar växttillväxten och kan kompensera för koldioxidförluster. Vi undersökte effekten av varmare luft och effekten av varmare jord och permafrosttining på koldioxid i tundraekosystemet. Sju års experimentell studie visar att tillväxten av sommarväxter inte gjorde det, på längre sikt, ta upp lika mycket kol som förlorades av markuppvärmning och permafrost.

Modeller och observationer är för närvarande oense om hur den arktiska uppvärmningen kommer att påverka koldioxidbalansen i tundraekosystemen. Få studier kombinerar varmare luft och permafrosttining för att utvärdera ekosystemets koldioxidbalans. Detta arbete visar att tundrans upptag och förlust av koldioxid reagerade mycket starkare på permafrosttining än på varmare luft enbart. Snabb upptining av permafrost stimulerade till en början koldioxidupptaget under sommaren. Dock, upptaget planade ut med mycket djup upptining. Under alla år av experimentet, sommarens koldioxidupptag var otillräckligt för att kompensera för koldioxidförluster året runt.

Sju år av experimentell luft- och markuppvärmning i tundra visar att markuppvärmning och permafrosttining hade en mycket starkare effekt på kolbalansen än luftuppvärmning. Upptining av permafrost stimulerade initialt större koldioxidupptag under sommaren än koldioxidförlust; dock, de initiala ökningarna bibehölls inte. När upptining fortsatte att utvecklas, sommarens koldioxidupptag och koldioxidförluster planade ut. En utjämning av koldioxidupptag och utsläpp kan förklaras av att växternas tillväxt saktades ner och att marken blev mer mättad när tina fick markytan att kollapsa. De komplexa interaktionerna mellan upptining av permafrost, planttillväxt, och jordfuktighet kunde fångas matematiskt genom ett kvadratiskt samband som visar att effekten av upptining på koldioxidupptag och förlust förändrades över tiden. Modeller och mätningar som användes för att uppskatta koldioxidförluster under vintern visade att tundran tappade koldioxid på årsbasis, även under de somrar då tjällossningen stimulerade hög växttillväxt och koldioxidupptag.