Det finns lite skugga i Arktis, så när permafrosten smälter, kol släpps ut i vattendrag och sjöar där en kombination av solljus och mikrober omvandlar det till koldioxid. Kredit:Rose Cory, Michigans universitet
Nästan hälften av det organiska kol som lagras i jorden runt om i världen finns i arktisk permafrost, som har upplevt snabb smältning, och att organiskt material skulle kunna omvandlas till växthusgaser som skulle förvärra den globala uppvärmningen.
När permafrosten tinar, mikrobiell konsumtion av dessa kolreserver producerar koldioxid – varav mycket till slut hamnar i atmosfären, men forskare har varit osäkra på hur systemet fungerar.
En ny studie publicerad i veckan i Naturkommunikation beskriver mekanismerna och pekar på vikten av både solljus och rätt mikrobiella gemenskap som nycklar för att omvandla permafrostkol till CO2. Forskningen stöddes av U.S. National Science Foundation och Department of Energy.
"Vi har länge vetat att mikrober omvandlar kolet till CO2, men tidigare försök att replikera det arktiska systemet i laboratoriemiljöer har misslyckats, " noterade Byron Crump, en biogeokemist från Oregon State University och medförfattare till studien. "Som det visar sig, det beror på att laboratorieexperimenten inte inkluderade ett särskilt viktigt element – solljus.
"När permafrosten smälter och lagrat kol släpps ut i vattendrag och sjöar i Arktis, den utsätts för solljus, som förstärker förfallet av vissa mikrobiella samhällen, och förstör verksamheten för andra samhällen. Olika mikrober reagerar olika, men det finns hundratals, till och med tusentals olika mikrober där ute och det visar sig att mikroberna i jordar är väl utrustade för att äta solljusexponerat permafrostkol."
Forskargruppen från Oregon State och University of Michigan kunde identifiera föreningar som mikroberna föredrar med hjälp av högupplöst kemi och genetiska metoder. De fann att solljus gör permafrostjordar godare för mikrober eftersom det omvandlar det till samma sorts kol som de redan gillar att äta – kolet de är anpassade att metabolisera.
När arktisk permafrost smälter, den sipprar in i bäckar och sjöar där den utsätts för solljus, starta processen att omvandla den till koldioxid. Kredit:Rose Cory, Michigans universitet
"Kolet vi pratar om flyttar från jorden till floder och sjöar, där den är helt exponerad för solljus, " sa Crump. "Det finns inga träd och ingen skugga, och på sommaren, det finns solljus 24 timmar om dygnet. Det gör solljus potentiellt viktigare för att omvandla kol till CO2 i Arktis än i en tropisk skog, till exempel."
När klimatet fortsätter att bli varmt, det finns intressanta konsekvenser för Arktis, sa Crump, som är fakultetsmedlem i OSU:s College of Earth, Hav, och Atmosfärsvetenskap.
"Långtidsprognosen för det arktiska tundrans ekosystem är att uppvärmningen leder till att buskar och större växter ersätter tundran, som kommer att ge skugga från solljuset, " sa Crump. "Det anses vara en negativ feedback. Men det finns också positiv feedback, eftersom säsongerna förväntas expandera. Våren kommer tidigare, och hösten kommer senare, och mer vatten och kol kommer att komma in i sjöar och vattendrag med snabbare nedbrytning av kol.
"Vilken feedback blir starkare? Ingen kan säga säkert."
Insatserna är höga, sa Crump. Det finns mer kol lagrat i den frusna permafrosten än i atmosfären. Det har ackumulerats under miljontals år av växter som växer och dör, med en mycket långsam sönderfallsprocess på grund av det iskalla vädret.
"En del av det organiska materialet är mindre välsmakande för mikrober än andra, "Crump sa, "men bakteriesamhällen är olika, så det kommer att finnas något där ute som vill ha den energin och kommer att använda den."
