Efter 26 år, världens längsta experiment för att upptäcka hur uppvärmningstemperaturer påverkar skogsmarker har avslöjat en överraskande, cykliskt svar:Jorduppvärmning stimulerar perioder av rikligt kolutsläpp från marken till atmosfären alternerande med perioder utan påvisbar förlust i kollagren i marken. Övergripande, resultaten indikerar att i en värmande värld, en självförstärkande och kanske okontrollerbar koldioxidåterkoppling kommer att ske mellan skogsmarker och klimatsystemet, bidrar till uppbyggnaden av koldioxid i atmosfären orsakad av förbränning av fossila bränslen och accelererande global uppvärmning. Studien, ledd av Jerry Melillo, Distinguished Scientist vid Marine Biological Laboratory (MBL), visas i 6 oktober -numret av Vetenskap .

Melillo och kollegor började detta banbrytande experiment 1991 i ett lövskogsbestånd vid Harvard Forest i Massachusetts. De begravde elektriska kablar i en uppsättning tomter och värmde jorden 5 ° C över omgivningstemperaturen för kontrollplanerna. Under det 26-åriga experimentet (som fortfarande fortsätter), de uppvärmda tomterna tappade 17 procent av kolet som hade lagrats i organiskt material i de översta 60 centimeter jord.

"För att sätta detta i ett sammanhang, "Säger Melillo, "varje år, mestadels från förbränning av fossila bränslen, vi släpper ut cirka 10 miljarder ton kol i atmosfären. Det är det som orsakar ökningen av atmosfärisk koldioxidkoncentration och global uppvärmning. Världens jordar innehåller cirka 3, 500 miljarder ton kol. Om en betydande mängd av den marken tillsätts kol till atmosfären, på grund av mikrobiell aktivitet i varmare jordar, som kommer att påskynda den globala uppvärmningsprocessen. Och när denna självförstärkande feedback börjar, det finns inget enkelt sätt att stänga av det. Det finns ingen omkopplare att vända. "

Under experimentets gång, Melillos team observerade fluktuationer i mängden koldioxidutsläpp från de uppvärmda tomterna, indikerar cykler i jordmikrobernas förmåga att bryta ner organiskt material och släppa ut kol. Fas I (1991 till 2000) var en period med betydande koldioxidförlust i marken som var snabb i början, drog sedan ner till nästan noll. I fas II (2001-2007), det var ingen skillnad i koldioxidutsläpp mellan de uppvärmda och kontrollplanerna. Under tiden, jordens mikrobiella samhälle i de uppvärmda tomterna genomgick en omorganisation som ledde till förändringar i samhällets struktur och funktion. I fas III (2008-2013), kolfrisättningen från uppvärmda tomter översteg återigen den från kontrollplaner. Detta sammanföll med en fortsatt förskjutning i markmikrobiell gemenskap. Mikrober som kan bryta ner mer motsträviga organiska ämnen i jorden, såsom lignin, blev mer dominerande, som visas genom genomiska och extracellulära enzymanalyser. I fas IV (2014 till nuvarande), koldioxidutsläppen från de uppvärmda tomterna har åter minskat, vilket tyder på att en annan omorganisation av jordens mikrobiella samhälle kan pågå. Om det cykliska mönstret fortsätter, Fas IV kommer så småningom att övergå till en annan fas med högre kolförlust från de uppvärmda tomterna.

"Detta arbete betonar värdet av långsiktiga ekologiska studier som är kännetecknet för forskning vid MBL:s ekosystemcenter, "säger David Mark Welch, MBL:s forskningsdirektör. "Dessa stora fältstudier, kombinerat med modellering och en allt mer sofistikerad förståelse för mikrobiella gemenskapers roll i ekosystemdynamiken, ge ny inblick i de utmaningar som klimatförändringarna innebär. "

"Framtiden är en varmare framtid. Hur mycket varmare är frågan, "Säger Melillo." När det gäller koldioxidutsläpp från fossila bränslen, vi kunde kontrollera det. Vi skulle kunna stänga kolkraftverk, till exempel. Men om mikroberna i alla landskap svarar på uppvärmningen på samma sätt som vi har observerat i skogsmarker på mitten av latitud, detta självförstärkande återkopplingsfenomen kommer att pågå ett tag och vi kommer inte att kunna stänga av dessa mikrober. Särskilt oroande är den stora poolen av lätt sönderdelat kol som fryser ned i artiska jordar. När dessa jordar tinar upp, detta återkopplingsfenomen skulle vara en viktig del av klimatsystemet, med klimatförändringar som matar sig i en värmande värld. "