Forskare vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory har visat ett direkt samband mellan klimatuppvärmning och kolförlust i ett torvmarkekosystem. Deras studie publicerad i AGU avancerar ger en glimt av potentiella framtider där betydande förråd av kol i torvmossar skulle kunna släppas ut i atmosfären som växthusgaser.

Torvmarker täcker för närvarande cirka 3 % av jordens landmassa och innehåller minst en tredjedel av jordens globala kol – mer kol än vad som lagras i världens skogar.

Torvmossar är särskilt bra på att låsa undan kol på grund av kylan, våt, sura förhållanden som bevarar meterdjupa lager av gammalt växtmaterial. Forskare har intresserat sig för dessa enorma kolreserver, ifrågasätter hur mycket och hur snabbt desto varmare, torrare förhållanden i en myrmyr kan utlösa mikrobiella processer som frigör kol i form av koldioxid och metan i luften, främjar uppvärmningscykeln eftersom gaserna fångar värme i atmosfären.

Ange DOE:s gran- och torvlandssvar under förändrade miljöer, eller SPRUCE-projekt, ett unikt experiment för hela ekosystemets manipulation i skogarna i norra Minnesota. SPRUCE använder en serie inhägnader för att exponera stora torvmarker för fem olika temperaturer, med den hetaste av kamrarna som upplever en ökning med cirka 16 grader Fahrenheit över och djupt under jorden. Hälften av kapslingarna fick också förhöjda halter av koldioxid.

Detta futuristiska experiment tillåter forskare att mäta effekterna av förhållanden som detta ekosystem aldrig har upplevt tidigare, ger en glimt av potentiella framtida klimat.

"På grund av DOE:s investering i ett storskaligt experiment, vi har kunnat studera hela ekosystemets uppvärmning över en rad temperaturer som inte kan extrapoleras från historiska data, sade Paul Hanson, ORNL ekosystemforskare och SPRUCE projektkoordinator. "Genom att göra så, vi har bevis på att kolförluster kommer att förväntas för snabbt föränderliga torvmarkssystem i framtiden."

Hanson och hans kollegor undersökte tre års SPRUCE-data, spåra förändringar i växttillväxt, vatten- och torvnivåer, mikrobiell aktivitet, finrottillväxt och andra faktorer som styr förflyttningen av kol in i och ut ur ekosystemet. Tillsammans, dessa intag och utgångar utgör vad som kallas koldioxidbudgeten.

Studien visade att på bara tre år, alla uppvärmda myrområden förvandlades från kolackumulatorer till kolutsläpp – vilket markerar första gången som hela ekosystemplogar har använts för att dokumentera sådana förändringar. Denna grundläggande förändring i myrmarkens natur inträffade även vid den mest blygsamma uppvärmningsnivån (cirka 4 grader F över omgivningstemperaturen), och visade kolförlusthastigheter fem till nästan 20 gånger snabbare än historiska ackumuleringshastigheter.

Varmare temperaturer direkt översatt till större koldioxidutsläpp, med den varmaste av de experimentellt uppvärmda tomterna som släpper ut mest koldioxid och metan. Forskarna blev förvånade över att hitta ett sådant linjärt samband mellan värme och kolförlust.

"Detta är ett mycket snävt förhållande för biologiska data, Hanson sa. "Dessa resultat låg inom intervallet av hypoteser som vi tillät oss själva att tänka på, men kolförlustens känslighet för temperatur var lite av en överraskning."

Nedgången av sphagnummossa, en nyckelart i detta ekosystem, bidrog särskilt till nettoförlusten av koldioxid. En tidigare studie av ORNL-kollegan Richard Norby beskrev spagnums roll i ackumulering av kol i torv och dess potentiellt irreversibla sönderfall när uppvärmningen torkar ut myrar.

SPRUCE-data kommer att informera om en ny våtmarksmodell för potentiell användning i DOE:s Energy Exascale Earth System Model-projekt, som använder högpresterande beräkningar för att simulera och förutsäga miljöförändringar som är viktiga för energisektorn. Våtmarksmodellen förutspådde exakt temperatureffekterna men överskattade effekten av förhöjd koldioxid jämfört med SPRUCE-data, som inte visade några signifikanta effekter på ekosystemnivå efter tre års behandling.