Fuktig källare. Gamla strumpor. Ruttna ägg. Ångande kogödsel.

Tro det eller ej, det här är dofterna av vår forskning, som har tagit oss över det europeiska Arktis från norra Skandinavien till många hörn av Grönland. Vi studerar frisättningen av en viss grupp föreningar från den arktiska tundran när klimatet värms upp.

På en resa, vi hjälpte några av våra kollegor att borra ner i den frusna jorden för att hämta en kärna av permafrost, och vi märkte en stark, karakteristisk lukt.

Vi kan bäst beskriva det som en otäck lukt av ruttna ägg blandat med den friska doften av jord efter regn. Och det är denna stanken som fick oss att tro att det finns mycket mer än bara koldioxid och metan, som båda är luktfria växthusgaser, släpps ut i atmosfären när permafrosten tinar.

Så, vi tog tillbaka en del av permafrostjorden till vårt labb i Köpenhamn. Vi placerade proverna i Mason-burkar, kopplade upp dem till en extremt känslig gasanalysator för att se vilka dessa gaser var.

Till vår förvåning hittade vi inte bara ett par förbisedda gaser, men flera hundra olika typer av gaser sipprar ut ur den tinande permafrosten. Många av dem luktar verkligen, men i labbet upptäckte vi många fler som är lika luktfria som osynliga.

Att leva i permafrosten

Men vad är dessa gaser? Och var kommer de ifrån? Svaret ligger i det bakterieliv som är gömt i dessa frusna jordar.

Gaserna tillhör en grupp kemikalier som tillsammans kallas flyktiga organiska föreningar eller VOC, produceras av bakterier.

Permafrostjord kan tyckas vara en ganska ogästvänlig plats med temperaturer ständigt under fryspunkten. Men, ett enda gram av denna förkylning, Arktisk mark kan innehålla miljontals bakterier.

Majoriteten överlever genom att gå in i ett metaboliskt inaktivt vilande tillstånd, men några av dem har anpassat sig till de svåra förhållandena och håller sig aktiva. Till exempel, vissa bakterier innehåller frysskyddsproteiner som förhindrar att iskristaller bildas i cellerna genom att sänka vattnets fryspunkt.

Faktiskt, permafrost är värd för en ganska stor mångfald av mikrobiellt liv. De trivs i flytande saltlake-vener som rinner genom den frusna marken, där fryspunkten är lägre på grund av den stora mängden salt. Och de kan också överleva i toppen av permafrosten, där smältvatten från den ofrusna jorden ovanför kan infiltrera.

Bakteriellt småprat

Bakterier upplever förmodligen inte hjärtvärk eller medelålderskriser, och livet som bakterie är nog inte så komplicerat. Ändå, de kommunicerar med varandra och sin omgivning.

Bakterier producerar VOC för att fungera som signaler som låter andra bakterier veta när de ska föröka sig eller sätta in försvarsåtgärder mot potentiella fiender.

Andra flyktiga organiska föreningar släpps utan något specifikt syfte. De är helt enkelt en biprodukt av avdunstning eller en myriad av andra aktiviteter som pågår i mikrobiella samhällen.

Så, permafrostgaserna vi observerade i vårt experiment var i huvudsak produkter av gammal bakteriell kommunikation och metabolisk aktivitet.

Även om bakterieaktiviteten i permafrost är mycket låg, dessa gaser kan byggas upp under lång tid. När de långsamt ackumuleras, de blir fångade i dessa gamla permafrostjordar, som kan vara miljontals år gammalt och så småningom bygga upp en betydande mängd gas. Detta kan förklara den stora, snabb gasutsläpp som vi observerade vid upptining.

Gratis bar i permafrosten

Av de hundratals VOC vi mätte, Etanol stack ut särskilt, eftersom den stod för 50 procent av den massa som frigjordes från den tinande permafrosten.

Etanolgas indikerar jäsningsprocesser i den frusna permafrosten. Mängden etanol som frigjordes var imponerande och belyser sårbarheten hos permafrost och den möjliga inverkan som denna kolreservoar kan ha på atmosfärens övergripande kemi.

Om vi ​​som planet, försummar att minska utsläppen av växthusgaser, sedan kommer den efterföljande globala uppvärmningen sannolikt att driva 40-80 procent av permafrostjordarna nära ytan att tina i slutet av detta århundrade.

Om vi ​​antar att alla permafrostjordar släpper ut samma mängd etanol som vi har observerat, klimatuppvärmningen kommer att leda till att 1, 000 miljarder ton etanol. Detta motsvarar 21, 500 år av trafikutsläpp från en stad lika stor som Los Angeles, den mest överbelastade staden i världen, antar att alla bilar använde etanol som bensin.

Som åtminstone en del av den mänskliga befolkningen, bakterier konsumerar också ivrigt etanol. Permafrost täcks av ett jordlager som tinar varje sommar – det så kallade "aktiva lagret". Det aktiva jordlagret hyser en aktiv mikrobiell gemenskap redo att dricka på permafrostens VOC-gaser som etanol, när de diffunderar uppåt för att nå atmosfären.

VOC på menyn

Vi kunde observera dessa gaser eftersom vi grävde ner i den djupa permafrosten och fysiskt förde upp dem till ytan. Då tinade den frusna jorden och gaserna släpptes ut.

Men vad skulle hända i "verkliga livet", om gaserna inte stördes fysiskt på detta sätt? Skulle de fortfarande nå ytan om de fick diffundera upp till ytan på egen hand?

Medan flyktiga organiska föreningar frigörs av vissa bakterier, de kan vara mat för andra. Så frågan var om permafrostens VOC-gaser skulle ätas av mikroorganismer som lever i det aktiva jordlagret, och så förhindrad att någonsin nå atmosfären?

För att testa detta, vi satte upp ett annat experiment, där vi jämförde frisättningen av VOC från murarburkar med enbart permafrost med murburkar som innehöll både permafrost och ett aktivt lagerjord.

Vi såg att det aktiva lagret koloniserades av törstiga mikroorganismer eftersom nästan alla permafrost-VOC aldrig kom igenom det aktiva jordlagret.

Betyder detta då, att flyktiga organiska föreningar som frigörs av permafrost inte kommer att påverka atmosfären?

Med största sannolikhet inte. Arktis upplever för närvarande klimatuppvärmningen dubbelt så hög som resten av planeten, och det betyder att permafrosten tinar med ökande hastighet.

Periodisk frysning och upptining är kraftfulla processer som orsakar jordskred och trycker upp djupare jordlager till ytan. En sådan omformning av landskapet utsätter frusen permafrostjord för direkt kontakt med atmosfären, vilket gör att flyktiga organiska föreningar kan kringgå törstiga bakterier.

Jorden sjunker?

Vi upptäckte också en annan viktig process:det vill säga, bakteriers förmåga att konsumera stora mängder VOC i marken ovanför permafrosten, även vid låga temperaturer.

Som bakterier, träd och andra växter använder VOC för kommunikations- och försvarsändamål. Och faktiskt, VOC-utsläpp från växter är 10-1000 gånger högre jämfört med jord.

VOC som släpps ut från vegetation virvlar runt i luften nära marken, innan de så småningom når den övre atmosfären. Men vad händer när dessa flyktiga organiska föreningar en kort stund landar på markytan?

Om marken effektivt tar upp växtavgivna VOC och därigenom minskar nettoutsläppet av VOC till atmosfären, detta kan få konsekvenser för VOC i atmosfären.

VOC påverkar atmosfären på ett antal sätt, många av dem är inte helt förstådda. Till exempel, när de blandas med trafikavgaser bidrar VOC till produktion av luftföroreningar. De kan också hålla ihop för att bilda små partiklar och till och med moln, som kan kyla planeten. Å andra sidan, VOC kan också öka koncentrationerna av atmosfärisk metan och ozon, som båda är potenta växthusgaser.

Så, just nu, vi är i laboratoriet och kör experiment för att ta reda på exakt hur VOC frigörs från permafrosten i olika situationer för att förstå hur detta kan förändras i framtiden när klimatet fortsätter att värmas upp.

VOC dämpar eller påskyndar klimatuppvärmningen

Klimatforskare är intresserade av VOC, eftersom de kan förändra den fysiska och kemiska balansen i atmosfären.

Beroende på de specifika föreningarna, meteorologiska förhållanden, och vilka andra gaser de blandas med i luften, VOC kan ha antingen en uppvärmning eller en kylande effekt på klimatet.

VOC underlättar atmosfärisk partikeltillväxt och inducerar molnbildning som kyler klimatet genom att reflektera solstrålningen tillbaka till rymden.

Å andra sidan, VOC kan bidra till bildandet av marknära ozon, som är en växthusgas. Reaktionerna som VOC deltar i kan också förlänga livslängden för metan, en annan växthusgas. Detta har potential att förstärka klimatuppvärmningen.

Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av ScienceNordic, den pålitliga källan för engelskspråkiga vetenskapsnyheter från de nordiska länderna. Läs originalberättelsen här.