Högintensiva bränder kan förstöra torvmossar och få dem att släppa ut enorma mängder av sitt lagrade kol i atmosfären som växthusgaser, men en ny Duke University-studie finner att bränder med låg svårighetsgrad utlöser det motsatta resultatet.

De mindre bränderna hjälper till att skydda det lagrade kolet och förbättrar torvmarkernas långtidslagring av det.

Snabbuppvärmningen av fuktig torv under mindre allvarliga ytbränder förändrar kemiskt utsidan av klumpade jordpartiklar och "skapar i huvudsak en skorpa som gör det svårt för mikrober att nå det organiska materialet inuti, sa Neal Flanagan, gästadjunkt vid Duke Wetland Center och Duke's Nicholas School of the Environment.

Denna reaktion – som Flanagan kallar "crème brulee-effekten" – skyddar den branddrabbade torven från förfall. Över tid, denna skyddande barriär hjälper till att bromsa hastigheten med vilken en torvmarks lagrade kol släpps tillbaka till miljön som klimatvärmande koldioxid och metan, även under perioder av extrem torka.

Genom att dokumentera denna effekt på torvmarker från Minnesota till Peru, "denna studie visar det vitala och nyanserade, men ändå till stor del förbisedd, roll som eld spelar för att bevara torv över en bred latitudinell gradient, från den halvboreala zonen till tropikerna, " sa Curtis J. Richardson, chef för Duke Wetland Center.

"Det här är första gången någon studie har kunnat visa att, "Richardson sa, "och det har viktiga konsekvenser för den fördelaktiga användningen av brand med låg svårighetsgrad för att hantera torvmarker, speciellt i en tid av ökande skogsbränder och torka."

Forskarna publicerade sina referentgranskade resultat den 10 maj i tidskriften Global förändringsbiologi .

Torvmarker är våtmarker som täcker endast 3 % av jordens mark men lagrar en tredjedel av planetens totala kol i marken. Lämnas ostörd, de kan låsa bort kol i sin organiska jord i årtusenden på grund av naturliga antimikrobiella föreningar som kallas fenoler och aromater som tidigare studier av Duke-teamet har visat kan förhindra att ännu torrare torv förmultnar. Om en pyrande, högintensiv brand eller annan större störning förstör detta naturliga skydd, dock, de kan snabbt förvandlas från kolsänkor till kolkällor.

För att genomföra den nya studien, Flanagan och hans kollegor vid Duke Wetland Center övervakade en U.S. Fish and Wildlife Service förbjuden bränning av en torvmarkspocosin, eller buskbevuxen våtmarksmyr, på Pocosin Lakes National Wildlife Refuge i östra North Carolina 2015. Med hjälp av fältsensorer, de mätte eldens intensitet under dess varaktighet och effekterna den hade på markfuktigheten, yttemperaturer och växttäcke. De gjorde också kemiska analyser av organiskt material i marken som samlats in före och efter branden.

De replikerade sedan intensiteten och varaktigheten av N.C.-branden, som kort nådde temperaturer på 850oF, i kontrollerade laboratorietester på jord från torvmarker i Minnesota, Florida och Amazonas avrinningsområde i Peru, och analyserade brännproverna med användning av röntgenfotoelektronspektroskopi och Fourier transform infraröd spektroskopi.

Analysen visade att de låga bränderna ökade graden av kolkondensering och aromatisering i jordproverna, särskilt de som samlats in från torvmarkernas yta. Med andra ord, forskarna såg "crème brulee-effekten" i prover från var och en av breddgraderna.

Långvariga laboratorieinkubationer av de brända proverna visade lägre kumulativa CO2-utsläpp från torven i mer än 1-3 år efter testerna.

"Initialt, det var en viss förlust av kol, men på lång sikt kompenserar du lätt för det eftersom det också finns minskad andning av mikroberna som främjar förfall, så torven sönderfaller i mycket långsammare takt, sa Flanagan.

Globalt, torvmarker innehåller cirka 560 gigaton lagrat kol. Det är samma mängd som lagras i alla skogar och nästan lika mycket som de 597 gigaton som finns i atmosfären.

"Att förbättra hur vi hanterar och bevarar torvmarker är avgörande med tanke på deras betydelse i jordens koldioxidbudget och hur klimatförändringarna förändrar naturliga brandregimer över hela världen, "Richardson sa, "Denna studie påminner oss om att brand inte bara är en destruktiv anomali i torvmarker, det kan också vara en fördelaktig del av deras ekologi som har en positiv inverkan på deras koltillväxt."

Flanagan och Richardson genomförde studien med andra Duke Wetland Center-forskare Hongjun Wang och Scott Winton. Winton har också utnämningar vid ETH Zürichs Institute of Biogeochemistry and Pollutant Dynamics och Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology.