Det omfattande introduktionen av stora växtätare till den arktiska tundran för att återställa gräsmarksekosystemet "mammutstäpp" och mildra den globala uppvärmningen är ekonomiskt lönsamt, föreslår en ny uppsats från University of Oxford.

Betande djur som hästar och bison är kända för att skapa landskapet runt dem, till exempel undertrycka tillväxten av träd genom att trampa eller äta plantor. När denna process utnyttjas för att återställa ett ekosystem till ett tidigare tillstånd kallas det rewilding. Det kan också användas för att förändra ett ekosystem till ett annat men mer önskvärt tillstånd. Detta kallas megafaunal ekosystemteknik.

I många delar av världen, skogsekosystem anses vara de viktigaste att återställa på grund av deras förmåga att lagra kol. Men i den arktiska tundran skulle en förskjutning av landskapet från skogsvegetation till gräsmark förbättra skyddet av den kolrika permafrosten, minska koldioxidutsläppen i samband med tining av permafrost och öka kolavskiljningen i marken.

Detta gräsmarksekosystem - kallat "mammut-steppen" - existerade under Pleistocen-perioden, men gick förlorad när stora växtätare som ulliga mammutar dog ut. Hästar och bison kan fungera som ekoingenjörer för att förvandla dagens tundra tillbaka till gräsmark. Genom att ta bort vedartad växtlighet, förbättra grästillväxten, och trampa på snö på jakt efter vinterfoder, stora däggdjur ökar mängden inkommande solenergi som studsar tillbaka till rymden – känd som albedo. Gräsmarker gynnar också infångningen av kol i gräsets djupa rötter, och möjliggör för kalla vintertemperaturer att tränga djupare ner i jorden. Sammanlagt, dessa förändringar skulle ha en nettokylningseffekt på arktiska landområden och fördröja permafrostsmältningen.

"Arktis förändras redan, och snabbt. Att ta en "gör ingenting"-strategi nu är ett beslut att tillåta snabba, irreversibla förändringar att inträffa, " säger huvudförfattaren Dr Marc Macias-Fauria, chef för Biogeovetenskapsgruppen på Geografi- &Miljöhögskolan. "Även om vetenskapen om arktisk ekoteknik är till stor del oprövad, det har potential att göra stor skillnad och åtgärder i den här regionen bör övervägas allvarligt."

Den Oxford-ledda studien uppskattar att koldioxidutsläppen från upptinande permafrost kan vara cirka 4,35 miljarder ton per år under 2000-talet. Det är ungefär hälften så mycket som utsläppen från fossila bränslen och tre gånger mer än uppskattningar av utsläppen som produceras av nuvarande och beräknade förändringar i markanvändningen.

"Att överväga markanvändningsstrategier som syftar till att skydda den arktiska permafrosten har liknande konsekvenser för klimatförändringen som markanvändningsbeslut i andra regioner som för närvarande får mycket mer uppmärksamhet, " förklarade professor Yadvinder Malhi, ledare för ekosystemgruppen på Environmental Change Institute. "Vi är inte vana vid att tänka på Arktis på det här sättet."

Pleistocenparken, ett familjeägt restaureringsprojekt för gräsmarker som för närvarande är verksamt i nordöstra Ryssland, har redan visat lovande resultat. Men uppsatsen framhåller att omfattningen av djurintroduktioner som måste ha en betydande inverkan på den arktiska tundran och därför det globala klimatet utgör en betydande utmaning. Som utgångspunkt finns nu ett behov av stora experiment i gränssnittet mellan vetenskap och praktik.

Fossilregistret har använts för att uppskatta att under Pleistocen, en mammut, fem bison, 7,5 hästar, 15 renar, 0,25 grottlejon, och en varg per kvadratkilometer strövade omkring i området – runt djurtätheten i dagens afrikanska savannreservat. Rewilding ansträngningar skulle initialt fokusera på bison och hästar. Forskare kostar införandet och övervakningen av tre storskaliga experimentområden bestående av 1, 000 djur vardera för 114 miljoner USD under en period på 10 år. På årsbasis, dessa områden skulle kunna hålla upp till 72, 000 ton kol i marken och genererar 360 USD, 000 bara i koldioxidintäkter, ökade när forskningsfasen väl genomfördes och skalningen möjliggjorde mer kostnadseffektiva metoder. Avkastningen skulle kunna bli betydligt högre om arktiska länder införde koldioxidskatter och prissättningsmekanismer, och studien utgör en potentiell möjlighet för samarbete mellan Storbritannien och Ryssland för att minska klimatförändringarna. Logistiken, kostnader och sociala hänsyn som är nödvändiga för att återuppliva Arktis skulle vara en monumental uppgift – men klimatutbytet skulle kunna bli enormt.

Ekoteknik är ett exempel på en naturlig klimatlösning, en del av det vidare ramverket för "naturbaserade lösningar". Begreppet naturbaserade lösningar syftar i stora drag på att arbeta med och förbättra naturen för att hjälpa till att hantera samhälleliga utmaningar, och vinner snabbt dragkraft runt om i världen.

Uppsatsen ingår i ett temanummer av Philosophical Transactions of the Royal Society fokuserat på samspelet mellan ekosystem och klimatförändringar.