Energihungrade mikrober kan vara den kraft som gör att stora mängder kol lagras i djupa jordar, enligt en studie från Dartmouth College. Forskningen visar att mindre matenergi på djupet gör det svårare att bryta ned avlagringar av organiskt kol, skapa ett underjordiskt lager för det klimatdestabiliserande kemiska elementet.

Studien, publiceras i Markbiologi och biokemi , beskriver de förhållanden som ligger till grund för om djup jord fungerar som en källa eller en sänka för kol.

Ödet för kol i djup mark är av stor betydelse för forskare som studerar klimatförändringar. Det beräknas att 2400 gigaton kol lagras i jord, med två tredjedelar av det som ligger under 20 cm djupet. Enbart mängden kol i djup mark är ungefär dubbelt så stor mängd kol i form av koldioxid som finns i jordens atmosfär.

Om nedbrytningshastigheten ökar till följd av klimatförändringarna, då kommer kol som lagras i djupa jordar att släppas ut i atmosfären som växthusgasen koldioxid. Forskningen testade hur nedbrytningen förändras med markdjupet för att hjälpa till att förutsäga om kol i djup mark skulle vara känsligt för sådana klimatinducerade förändringar.

"Kol i djup mark är en riktigt stor sak för att förstå framtiden för klimatförändringar, sa Caitlin Hicks Pries, en biträdande professor i biologi vid Dartmouth. "Att förstå krafterna som gör att så mycket kol och all dess växthusgaspotential lagras under jorden hjälper oss att förutsäga hur vårt framtida klimat kommer att se ut."

Jordens organiska kol kommer från nedbrytning av döda växter och kan förbli i jorden i tusentals år. Forskargruppen satte sig för att se hur rotströ sönderfaller på olika djup för att förstå varför en del kol i djup mark kan lagras under så lång tid och varför annat kol släpps ut i atmosfären.

Teamet inkuberade rötter på djup som sträcker sig från 15 cm till 95 cm i ett 80-årigt stativ av barrträd vid foten av Kaliforniens Sierra Nevada-berg. Enligt studien, förlusten av rotströkol under de första sex månaderna var likartad över alla djup. Dock, efter 30 månader, kolförlusten var betydligt långsammare på de större djupen.

Teamet fann att den mindre mängden energi som är lättillgänglig för mikrober i form av löst kol kan vara orsaken till långsammare nedbrytning. Som ett resultat av den långsammare nedbrytningshastigheten, kol är mer sannolikt att lagras på lång sikt.

"Levande fina rötter matar jorden med substrat som är som godis för mikrober. Bristen på denna energikälla på djupet förnekar mikrober den energi de behöver för att effektivt bryta ner döda rötter, sa Hicks Pries.

För att genomföra studien, laget förlitade sig också på kolorganismerna Rhizosphere and Protection in the Soil Environment -modellen som utvecklats vid Princeton University och University of California, Merced. Känd som CORPSE, programmet förutsäger mikrobiell aktivitet och låter forskare se hur mängden tillgänglig energi översätts till biologiska processer för att bryta ner rötter.

CORPSE visade att sönderdelning sker relativt snabbt när matenergi är tillgänglig, men det utan en extern energikälla, mikrober på djupet förlorar förmågan att bryta ner rötter.

"CORPSE tillåter oss att fokusera på levande varelsers roll i nedbrytningsprocessen när vi studerar markens kol, istället för att bara titta på materialet som bryts ned, sa Benjamin Sulman, en projektforskare vid University of California, Merced. "Denna studie visar varför det är viktigt att inkludera de biologiska processerna i de datormodeller vi använder för att göra förutsägelser om hur ekosystem och klimat kommer att förändras i framtiden."

Även om fynden inte förutsäger hur mycket kol som kommer att frigöras från djup jord under en viss tid, resultaten gör det möjligt för forskare att förstå hur en förändring i klimatförhållanden kan påverka ödet för kol i djup mark.

Till exempel, ökad nederbörd skulle kunna transportera mer energi i form av löst organiskt kol till djupare jordar och resultera i att mer kol släpps ut i atmosfären. En förändring av dominerande växter till arter med djupväxande fina rötter, kan också tvinga ut mer kol i atmosfären, medan växter med grova rötter kan ha omvänd inverkan.

"Vi borde vara oroliga eftersom temperaturen blir varmare, detta organiska kol i djup jord har potential att frigöras som koldioxid och tvingar fram en positiv feedback till klimatförändringarna, sa Hicks Pries.

Enligt tidningen, de processer som styr kretsloppet av organiskt kol i djup mark har fått lite uppmärksamhet även om över hälften av jordens kol lagras under 20 cm.

"Det här tillvägagångssättet missar den enorma mängden kol som finns i djup jord, sa Hicks Pries.

Forskningen indikerar att fuktnivå och temperatur inte direkt påverkar nedbrytningshastigheten i djup jord och att mikrobiell överflöd troligen inte heller gör det. Lägre kvävenivåer kan vara en faktor, men ytterligare tester skulle behövas.