Gräsbevuxna växter som kallas säd växer över ytan av mossen som Neumann och hennes team studerade. Kredit:Rebecca Neumann/University of Washington
Arktisk permafrost tinar när jorden värms upp på grund av klimatförändringarna. I vissa fall, forskare förutspår att denna upptinande jord kommer att frigöra ökande mängder metan, en stark växthusgas, som är känt för att fånga mer värme i vår planets atmosfär.
Nu har ett team som leds av University of Washington hittat en ny orsak bakom ökade metanutsläpp från en tinande permafrostmosse i Alaska:Tidig vårregn värmer upp myren och främjar tillväxten av växter och metanproducerande mikrober. Teamet visade att tidig nederbörd 2016 värmde mossen cirka tre veckor tidigare än vanligt, och ökade mossens metanutsläpp med 30 procent jämfört med tidigare år. Dessa resultat publicerades nyligen i Geofysiska forskningsbrev .
"I allmänhet, chansen att generera metan ökar med ökad nederbörd eftersom marken blir vattensjuk. Men det vi ser här är annorlunda, " sa motsvarande författare Rebecca Neumann, en docent vid UW Department of Civil &Environmental Engineering. "Tidiga nederbörd skickade ett slag av varmt vatten som flyttade in i vår mosse. Vi tror att mikrober i mossen blev upphetsade eftersom de värmdes upp, så de släppte ut näringsämnen från jorden som möjliggjorde mer växttillväxt. Metanproduktion och -utsläpp är nära kopplade till marktemperatur och växttillväxt.
"Våra resultat betonar att dessa permafrostregioner är känsliga för de termiska effekterna av regn, och eftersom vi förutser att dessa miljöer kommer att bli blötare i framtiden, Vi kan se ökningar av metanutsläpp som vi inte förväntade oss."
På nordliga breddgrader, myrar bildas när isrik permafrost tinar. Det tinade området sjunker i förhållande till det omgivande landskapet när isen smälter, och marken blir vattensjuk, skapa en våtmark med gräsbevuxna växter som kallas säd som växer över ytan.
Neumann och hennes team studerade en tinande permafrostmosse som ligger cirka 20 miles från Fairbanks, Alaska, från 2014 till 2016. Under åren har forskarna spårade metanutsläpp i och runt myren, sivväxter och jordtemperatur på 16 olika djup.
Under 2016 såg teamet temperaturen vid myrkanten öka 20 dagar tidigare, och kumulativa metanutsläpp över myren ökar med 30 procent jämfört med föregående år.
"Vi såg växterna bli galna och metanutsläppen bli galna, ", sa Neumann. "2016 hade över genomsnittet nederbörd, men det gjorde 2014 också. Så vad var annorlunda i år?"
Nyckeln visade sig vara tidpunkten för nederbörden:Vårnederbörden började tidigare 2016 jämfört med 2014. På våren är marken kallare än luften. Så regnet, som är samma temperatur som luften, värmer upp marken när den kommer in i jorden. Ju tidigare vårregnet kommer, desto snabbare blir jorden i den omgivande skogen mättad. Eventuellt överskottsregn rinner sedan ner i mossen, snabb uppvärmning av myrjordarna.
Den varma jorden hjälper mikrober som lever i myren och påskyndar deras ämnesomsättning. Normalt använder mikrober syre för att bryta ner organiskt material, och de släpper ut koldioxid i luften. Men i vattensjuka jordar, som en myr skapad av permafrost tö, det finns inget syre i närheten. Så mikroberna måste använda vad som är tillgängligt, och det slutar med att de omvandlar organiskt material till metan.
Ett team som leds av UW har upptäckt att tidig vårregn värmer upp en tinande permafrostmosse i Alaska och främjar tillväxten av växter och metanproducerande mikrober. Kredit:Rebecca Neumann/University of Washington
"Det är botten av fatet när det gäller energiproduktion för dem, ", sade Neumann. "Mikroberna i den här myren på någon nivå är som 'Åh man, vi har fastnat för att göra metan för det är allt den här myren tillåter oss att göra.'"
På samma gång, sedgeplantorna får också bränsle från den varmare jorden. Under 2016 hittade teamet fler av dessa växter vid de varmare kanterna av mossen. Sedges, som de flesta växter, ta koldioxid från luften för att göra sin mat, som de skickar till sina rötter för att hjälpa dem växa. Ibland läcker maten ut ur rötterna ner i jorden där den kan bli mat för mikroberna. Så fler kärr ger direkt bränsle till mikroberna för att göra mer metan.
Dessutom, starr innehåller ihåliga, luftfyllda rör som låter syre flöda från luften till sina rötter. Dessa rör tillåter också mikrobernas metan att fly myren och komma in i atmosfären.
"Växterna gör verkligen två saker, ", sade Neumann. "De tillhandahåller smaskigt kol som låter mikroberna göra mer metan än de skulle ha gjort annars. Växterna ger också en ledning som gör att metan kan fly ut i atmosfären. De är ett dubbelfall för metanproduktion och -utsläpp."
När jorden värms upp, dessa nordliga breddgrader förväntas få mer nederbörd. Om detta regn faller på våren eller försommaren, dessa områden kan släppa ut mer metan i atmosfären än vad som för närvarande förutspås. Neumann och hennes team planerar att undersöka metanutsläpp från andra myrar för att se om detta mönster gäller över nordliga breddgrader.
"I allmänhet, regnets förmåga att transportera termisk energi till jordar har underskattats, ", sade Neumann. "Vår studie visar att genom att påverka marktemperaturen och metanutsläpp, regn kan öka möjligheten att tina upp permafrostlandskap för att värma upp klimatet."
