Miljöfördelarna med högre, buskigare tundraväxter i Arktis kan vara överskattade, enligt ny forskning som involverar University of Stirling.

Nuvarande ekosystem och klimatmodeller tyder på att, när Arktis värms, tundraekosystemen blir mer produktiva, med större fotosyntes som resulterar i att mer kol tas bort, eller avlägsnas, från atmosfären.

Dock, de flesta modeller tar inte hänsyn till överföringen och ödet för detta kol under marken, och hur detta kan interagera med markkol genom jordmikroorganismer. Detta är kritiskt viktigt eftersom den stora majoriteten av kol i arktiska ekosystem finns i mark och 'permafrost' (permanent frusen jord eller sediment) i form av organiskt material som produceras av ofullständigt sönderfall av döda växter, djur och markorganismer under kalla förhållanden.

Den nya forskningen övervägde effekterna av ett buskigare Arktis på kollagren i marken och den övergripande kolsekvestreringspotentialen för dessa ekosystem. Betydande, den fann att vissa höga buskegrupper stimulerar återvinning av kol i jordar, släppa tillbaka den till atmosfären som koldioxid - vilket betyder att mer produktiva buskar kanske inte alltid leder till större koldioxidbindning.

Professor Philip Wookey vid naturvetenskapliga fakulteten vid University of Stirling ledde Natural Environment Research Council (NERC) finansierat forskningsprogram som denna studie var en del av. Stirlingkollegan Dr. Jens-Arne Subke var också involverad i detta arbete.

Professor Wookey sa:"Medan tidigare studier tyder på att en varmare, grönare Arktis kan öka hastigheten att koldioxid tas bort från atmosfären, vår forskning identifierade en acceleration i förlusten av kol från mark, tillbaka till atmosfären.

"Detta kan mer än kompensera koldioxidbindning och skulle oväntat, förvandla dessa ekosystem till en nettokälla för koldioxid till atmosfären. Betydande, nuvarande ekosystem och klimatmodeller tar inte hänsyn till denna gåta, vilket innebär att vi kanske underskattar framtida klimatåterkopplingar från arktiska ekosystem. "

Studien leddes av Dr Lorna Street, vid University of Edinburghs School of GeoSciences, och involverade också forskare från NERC Radiocarbon Facility i East Kilbride, och universiteten i Durham och Liverpool. Ytterligare stöd fick från Aurora Research Institute, Wilfrid Laurier University, och universitetet i Montreal, alla i Kanada.

Fältarbetet - som tittar på hur kol cyklar i växter och mark under de senaste 50 åren - genomfördes 2013 och 2014 i Mackenzie Uplands of Northwest Territories, Kanada.

Teamet fann bevis på att björkbuskar i arktisk tundra är starkt kopplade till utsläpp av gammalt kol - fixat genom fotosyntes för mer än 50 år sedan och lagras i jordens organiska material. Dock, detta var inte sant för al, en annan typ av arktisk buske.

Dr Street sa:"Vi tror att det beror på att i björk, produkterna från fotosyntes överförs till jorden genom svampsymbionter, som stimulerar sönderdelningen av markorganiskt material som ett sätt att frigöra näringsämnen, som kväve, som björkbuskar kräver för att växa.

"Däremot, i al, fotosyntesprodukter finns mest kvar i växtvävnader eftersom al ofta har hjälp av mikroorganismer i rötterna, som kan "fixera" kväve direkt från atmosfären.

"Dessa fynd indikerar att, om - som bevis har visat - buskbjörk förökar sig i tundraekosystem under de kommande decennierna, detta kan direkt stimulera förlusten, genom snabbare sönderdelning, av redan existerande jordkol som koldioxid. "

Utsläppsminskningar

Osäkerhet omger nivån av potentiellt kolutsläpp från permafrostsystem med hög latitud - med förutsägelser från 0 till 200 gigaton. För sammanhang, 200 Gt representerar cirka 20 års nuvarande totala globala koldioxidutsläpp, på grund av mänsklig aktivitet, till atmosfären.

Dr Street tillade:"Om våra resultat gäller för permafrosttundraområden, detta tyder på att det finns en tidigare redovisad process som kan driva systemet mot den övre änden av dessa förutsägelser. Detta är oerhört viktigt eftersom det betyder att vi kan behöva göra mer än vad som för närvarande förväntas, när det gäller koldioxidutsläppsminskningar, för att nå våra klimatmål. "