Studier har visat att Arktis värms upp ungefär dubbelt så snabbt som resten av världen, och dess jord innehåller dubbelt så mycket koldioxid som atmosfären. Ny forskning från San Diego State University visar att vatten från vårens snösmältning infiltrerar jorden och utlöser produktion av färsk koldioxid i högre takt än vad som tidigare antagits.

Detta är förutom infångat kol som flyr från jorden, vilket innebär en acceleration i uppvärmningen som inte riktigt tas med i nuvarande mättekniker.

SDSU postdoktor Kyle Arndt och ekosystemekolog Donatella Zona tillbringade flera år med att bedöma situationen på marken i Utqiagvik (tidigare Barrow), Alaska och analyserar deras fynd när de återvände till San Diego.

Den kalla årstiden är en viktig del av den årliga kolbalansen, och det antogs ha en försumbar inverkan på kolproduktionen.

Genom att analysera jordkärnprover, vad de fann var att det inte bara var instängda växthusgaser som flydde ut utan också sannolikt ökade färskproduktionen av kol under vårupptiningen.

Publicerad 30 juni i Global förändringsbiologi , deras studie upptäckte att kall upptining står för nästan hälften av koldioxidutsläppen, vilket kan kompensera sommarens upptag eller absorption av koldioxid av vegetation. Deras resultat fyller en lucka i data som har funnits länge eftersom hårda vintrar och vårar gjorde Arktis svårtillgängligt för att genomföra studier.

"Tidigare hade vi inte dessa uppgifter, men nu när vi gör det, vi ser att dessa ekosystem snabbt värms upp, ", sa Arndt. "Många modeller förutspår redan att Arktis kommer att förvandlas till en CO ₂ källa, men de kan underskatta storleken på källan om denna vårprocess inte tas med i beräkningen."

Arndt, tidningens första författare, började besöka Utqiagvik sommaren 2016 för att underhålla utrustning som satts upp av SDSU-ekolog Walter Oechel, som har arbetat i nästan 40 år på dessa arktiska platser.

Använder eddy covariance, en teknik för att mäta koldioxidrörelse mellan marken och atmosfären samt mark- och lufttemperaturer, markvärmeflöde och snödjup, Arndt mätte flöden.

Värmeflöde är den energi som överförs per ytenhet under en given tidsperiod, och det är utmanande att samla in det under frysningen. Arndt "kom på idén att mäta det under vårens snösmältning, bygga på behovet av att fylla en lucka i data om den kalla årstidens arktiska värmeflöden, sa Zona.

Arndt arbetade också med SDSUs mikrobiolog David Lipson som samlade in jordkärnprover, vilket hjälpte honom och Zona att förstå jordens fysiska egenskaper under vår- och höstsäsongen.

Arndt konstaterade att färsk CO ₂ produktionen ägde rum när "vi hittade luftfickor i mitten av jordkärnan som gjorde att den smälta snön kunde rusa in. Snösmältningen är rik på syre som hjälper till med produktionen av koldioxid."

Järn är ett av de många mineraler som jorden innehåller. Deras analys visade att järnet var fullständigt oxiderat, vilket bara kan ske om färskt syre i jorden binder till och oxiderar järnet. Forskarna fann en stadig ökning av CO ₂ utsläpp under denna upptiningsperiod, vilket ytterligare tyder på förekomsten av produktion vid denna tidpunkt.

Enklare modeller för dataanalys kan missa den snabba uppvärmningen som sker på grund av snösmältning, när det sker ett snabbt införande av syre som leder till uppvärmningen.

"Det händer mycket mer i jorden än vi tidigare trott, ", sa Arndt. "Naturen är effektiv genom att den bryter ner lättare föreningar framför allt tyngre, skapa unika isotopsignaturer, ungefär som fingeravtryck. Genom att titta på isotoper, vi kan berätta hur länge föreningarna har funnits där och källan till det kol som släpps ut."

Arndt och Zona planerar att fokusera på isotopanalys härnäst, att rekonstruera åldern på föreningarna i proverna, och de längre konsekvenserna av dessa resultat.

"Vi kommer att leta efter långsiktiga trender i koldioxidutsläpp och hur värmeflödena har förändrats under det senaste decenniet, sa Zona.