En studie i 6 maj numret av Natur indikerar att ökningen i nederbördsprognoser av globala klimatmodeller sannolikt kommer att påskynda utsläppet av koldioxid från tropiska jordar, ytterligare intensifiera den globala uppvärmningen genom att öka mänskliga utsläpp av denna växthusgas till jordens atmosfär.

Baserat på analys av sediment från det undervattensdelta av floderna Ganges och Brahmaputra, studien genomfördes av ett internationellt team ledd av Dr Christopher Hein från William &Mary's Virginia Institute of Marine Science. Samarbetspartners inkluderar Drs. Valier Galy från Woods Hole Oceanographic Institution, Muhammed Usman vid University of Toronto, och Timothy Eglinton och Negar Haghipour från Swiss Federal Institute of Technology i Zürich (ETH Zurich). Stor finansiering tillhandahölls av U.S. National Science Foundation.

"Vi fann att skiftningar mot ett varmare och blötare klimat i dräneringsbassängen för floderna Ganges och Brahmaputra under de senaste 18, 000 år ökad markandning och minskade lager av markkol, " säger Hein. "Detta har direkta konsekvenser för jordens framtid, eftersom klimatförändringarna sannolikt kommer att öka nederbörden i tropiska regioner, ytterligare accelerera andningen av markens kol, och tillför ännu mer CO2 till atmosfären än vad människor direkt tillför."

Markandning avser frigöring av koldioxid från mikrober när de sönderdelas och metaboliserar lövskräp och annat organiskt material på och strax under markytan. Det motsvarar den process där större flercelliga djur – från sniglar till människor – andas ut CO2 som en biprodukt av att metabolisera sin mat. Rötter bidrar också till markens andning på natten, när fotosyntesen stängs av och växter förbränner en del av de kolhydrater de producerar under dagsljus.

Sedimentkärnor avslöjar samband mellan nederbörd, markens ålder

Teamets studie är baserad på detaljerad analys av tre sedimentkärnor som samlats in från havsbotten mot havet i mynningen av floderna Ganges och Brahmaputra i Bangladesh. Här, världens största delta- och ubåtsfläkt byggdes av den enorma mängden sediment som eroderats från Himalaya. De två floderna transporterar mer än en miljard ton sediment till Bengaliska viken varje år, mer än fem gånger så mycket som Mississippifloden.

Kärnorna registrerar miljöhistorien för avrinningsbassängen Ganges-Brahmaputra under de 18, 000 år sedan den senaste istiden började avta. Genom att jämföra radiokoldata från bulksedimentprover från dessa kärnor med prover från organiska molekyler som är kända för att härröra direkt från landväxter, forskarna kunde mäta förändringar genom tid i åldern av sedimentens moderjordar.

Deras resultat visade en stark korrelation mellan avrinningshastigheter och markens ålder - blötare epoker var förknippade med yngre, snabbt andas jordar; medan det är torrare, kallare epoker var kopplade till äldre jordar som kunde lagra kol under längre perioder.

De blötare perioderna i sig korrelerar med styrkan hos den indiska sommarmonsunen, den primära källan till nederbörd över Indien, Himalaya, och södra centrala Asien. Forskarna bekräftade förändringar i monsunstyrkan med hjälp av flera oberoende rader av paleoklimatiska bevis, inklusive analys av syre-isotopförhållanden från kinesiska grottavlagringar och skelett av växtplankton i öppet hav.

Små förändringar, stora effekter

Storleken på korrelationen som upptäcktes av Hein och kollegor motsvarar en nästan fördubbling av hastigheten för markandning och kolomsättning i de 2, 600 år efter slutet av den senaste istiden, när Indiens sommarmonsun förstärktes. "Vi fann att en liten ökning av nederbördsvärdena motsvarar en mycket större minskning av markens ålder, säger Hein.

En tidigare artikel av Hein, Galy, och kollegor rapporterade en trefaldig ökning av årlig nederbörd i flodbassängen Ganges-Brahmaputra sedan den senaste istiden. Denna nya studie visar att uppgången i nederbörden ledde till en halvering av markåldern på grund av snabbare markomsättning.

Hein säger "små förändringar i mängden kol som lagras i jordar kan dessutom spela en överdriven roll för att modulera atmosfäriska CO2-koncentrationer och, därför, globalt klimat, eftersom jordar är en primär global reservoar av detta element."

Den nuvarande koncentrationen av koldioxid i jordens atmosfär – 416 delar per miljon – motsvarar cirka 750 miljarder ton kol. Jordens jordar rymmer cirka 3, 500 miljarder ton – mer än fyra gånger så mycket.

Tidigare forskning har belyst hotet som den globala uppvärmningen utgör mot permafrostjordarna i Arktis, vars utbredda upptining tros släppa ut upp till 0,6 miljarder ton kol till atmosfären varje år.

"Vi har nu hittat en liknande klimatåterkoppling i tropikerna, säger Hein, "och är oroade över att förbättrad markandning på grund av större nederbörd - i sig en reaktion på klimatförändringar - kommer att ytterligare öka koncentrationerna av CO2 i vår atmosfär."