Träd är en av människans största allierade i kampen mot klimatförändringarna, suger upp cirka 30 % av kolet vi pumpar ut i atmosfären genom att bränna fossilt bränsle.

Och under de senaste decennierna, det har visat sig att kallklimatskogar på höga breddgrader har blivit ännu effektivare kolsänkor i takt med stigande temperaturer och högre koldioxid ₂ nivåer har gjort dem mer produktiva.

Men en ny studie ledd av forskare vid University of Michigan ger en tydligare bild av vad som händer i olika regioner, och det har skapat ytterligare osäkerhet om huruvida dessa ekosystem kommer att fortsätta att absorbera kol när de blir varmare och torrare under de kommande decennierna.

Publicerad i PNAS och involverar experter från hela världen, studien visar att mängden kol Sibiriska skogar bidrar till planetens säsongsbetonade kolflöde har ökat mycket mer än andra skogar på liknande breddgrader. Sedan början av 1980-talet, det säsongsbetonade kolupptaget i sibiriska skogar har ökat fyra gånger mer än det i nordamerikanska boreala skogar som de i Alaska och västra Kanada, till exempel.

Studien är den första som kvantifierar hur kol som släpps ut från specifika ytregioner under det årliga kolflödet påverkar säsongscykeln av CO ₂ i atmosfären:Planeten "andas" i huvudsak kol under våren och sommaren när träd och växter växer löv och fotosyntetiseras. Det andas ut på vintern när växtligheten går i dvala.

Att känna till detta säsongsbetonade flöde ger forskarna en bild av hur produktiva olika skogsregioner är och hur mycket kol de tar bort från atmosfären.

Det varierande kolflödet över olika skogar med liknande breddgrader tyder på att, medan vissa skogar, som de i Sibirien, fortsätter att öka sitt kolupptag, andra, som de i Nordamerika, får inte. De kan till och med absorbera mindre när klimatet förändras.

"Denna forskning visar att vi måste tänka annorlunda om hur vi förstår kolets kretslopp, " sa studiens medförfattare Gretchen Keppel-Aleks, U-M biträdande professor i klimat- och rymdvetenskap och teknik. "Vi kan inte bara klumpa ihop ekosystem efter deras latitud. Vi måste tänka på enskilda arter och specifika säsongscykler av temperatur och nederbörd."

Forskare vet att svängningarna i det årliga säsongsbetonade kolflödet har ökat avsevärt under de senaste decennierna. På norra halvklotet, intensiteten av flödet har ökat med 30-50% sedan 1960-talet, tyder på en omfattande ekologisk förändring. Men eftersom tidigare studier har fokuserat på genomsnittliga flöden på planeten eller halvklotet, det har varit oklart exakt vad som driver ökningen.

Det har funnits en enkel berättelse om att varmare temperaturer universellt har underblåst växternas fotosyntes över de höga breddgraderna, sa Brendan Rogers från Woodwell Climate Research Center (tidigare Woods Hole Research Center).

"Även om det är sant på det hela taget, vi hittade starkt divergerande svar mellan regioner, " sa Rogers. "Sibirien har blivit grönare, stärka sin kolsänka och driva på ökningar av säsongsbetonad koldioxid ₂ utbyta, men det arktiska boreala Nordamerika visar mycket mer brunfärgning under förvärrade påfrestningar som bränder, skadedjur, och torka.

"Går framåt, vi måste se till att våra koldioxidbudgetar och -modeller helt införlivar vad som händer i Alaska och Kanada, eftersom dessa mönster i stort sett inte fångas i modeller och regionen snart kan övergå från en kolsänka till en källa."

För att ta fram sina resultat, teamet började med faktiska mätningar av atmosfärisk CO ₂ , samlat in under decennier av National Oceanic and Atmospheric Administration.

De arbetade sedan baklänges, använda en datormodell för att beräkna de regionala ytemissionerna som skulle resultera i atmosfäriska kolhalter som matchade de faktiska observationerna.

"Vi använde dessa realistiska ytflöden och släppte ut dem till atmosfären i vår modell, och det unika är att vi taggade enskilda regioner olika, " sa Keppel-Aleks. "Vi kunde titta på red CO ₂ kommer från Sibirien, blå CO ₂ kommer från Nordamerika, grön CO ₂ härstammar från ekosystem på lägre latitud. Det gjorde det möjligt för oss att ta reda på vilka regioner som är ansvariga för denna ökning av säsongscykeln."

NOAA mäter inte flöden utan mäter istället koldioxid i atmosfären och har spårat ökningen av säsongscykeln sedan 1976 på platser som Barrow Observatory i Alaska.

"Dessa observationer och omfattningen av förändringen vi har mätt är oöverträffad jämfört med de många andra platser runt om i världen där vi spårar CO ₂ i atmosfären – vilket tyder på att något dramatiskt händer i Arktis som inte händer någon annanstans, " sa studiens medförfattare Colm Sweeney, biträdande direktör för NOAA Global Monitoring Laboratory. "Denna studie har hjälpt oss att bättre förstå och lokalisera källan till dessa dramatiska observationer."

Forskningen bekräftar också tidigare data som visar betydande grönare i sibiriska skogar tillsammans med mycket mindre grönare på liknande breddgrader i Nordamerika.

"Det är verkligen viktigt att använder helt oberoende atmosfäriska data, vi bekräftar brunnande och grönare trender i fjärranalysdata och visar att sibiriska ekosystem faktiskt verkar bli mer produktiva på sommaren, " sa Keppel-Aleks.

"Det är ytterligare ett otvetydigt tecken på att människor orsakar förändringar i jordens ekosystem, och det visar att vi måste utveckla en bättre förståelse för dessa ekosystem om vi vill förutsäga vad som väntar på planeten."