Den största studien någonsin av trädringar från Norilsk i Ryska Arktis har visat att de direkta och indirekta effekterna av industriella föroreningar i regionen och utanför är mycket värre än man tidigare trott.

Ett internationellt team av forskare, ledd av University of Cambridge, har kombinerat ringbredds- och träkemimätningar från levande och döda träd med jordegenskaper och datormodellering för att visa att skadorna av årtionden av nickel- och kopparbrytning inte bara har ödelagt lokala miljöer, men också påverkat den globala kolcykeln.

Omfattningen av skadorna på den boreala skogen, den största landbiomen på jorden, kan ses i de årliga tillväxtringarna av träd nära Norilsk där dö av har spridit sig upp till 100 kilometer. Resultaten redovisas i tidskriften Ekologi bokstäver .

Norilsk, i norra Sibirien, är världens nordligaste stad med fler än 100, 000 personer, och en av de mest förorenade platserna på jorden. Sedan 1930-talet, intensiv brytning av områdets massiva nickel, koppar- och palladiumavlagringar, i kombination med få miljöbestämmelser, har lett till svåra föroreningsnivåer. Ett massivt oljeutsläpp i maj 2020 har lagt till den extrema nivån av miljöskador i området.

Inte bara är den höga nivån av luftburna utsläpp från industrikomplexet Norilsk ansvariga för den direkta förstörelsen av omkring 24, 000 kvadratkilometer boreal skog sedan 1960-talet, överlevande träd över stora delar av de höga nordliga breddgraderna lider också. De höga föroreningsnivåerna orsakar avtagande trädtillväxt, som i sin tur har en effekt av mängden kol som kan bindas i den boreala skogen.

Dock, medan kopplingen mellan föroreningar och skogens hälsa är välkänd, den har inte kunnat förklara "divergensproblemet" i dendrokronologi, eller studiet av trädringar:en frikoppling av trädringarnas bredd från stigande lufttemperaturer sett sedan 1970-talet.

Genom att använda den största datauppsättningen någonsin av trädringar från både levande och döda träd för att rekonstruera historien och intensiteten av Norilsks skogsdöd, forskarna har visat hur mängden föroreningar som sprids ut i atmosfären av gruvor och smältverk är åtminstone delvis ansvarig för fenomenet "Arctic dimming", ger nya bevis för att förklara divergensproblemet.

"Med hjälp av information som lagras i tusentals trädringar, vi kan se effekterna av Norilsks okontrollerade miljökatastrof under de senaste nio decennierna, " sa professor Ulf Büntgen från Cambridges institution för geografi, som ledde forskningen. "Medan problemet med svavelutsläpp och skogsdöende har åtgärdats framgångsrikt i stora delar av Europa, för Sibirien, vi har inte kunnat se vad effekten har varit, till stor del på grund av brist på långsiktiga övervakningsdata."

Utvidgningen av årligen lösta och absolut daterade trädringbreddsmått sammanställda av tidningens första författare Alexander Kirdyanov, tillsammans med nya högupplösta mätningar av trä- och jordkemi, lät forskarna kvantifiera omfattningen av Norilsks förödande ekosystemskada, som nådde sin topp på 1960-talet.

"Vi kan se att träden nära Norilsk började dö av massivt på 1960-talet på grund av stigande föroreningsnivåer, ", sade Büntgen. "Eftersom luftföroreningar i Arktis ackumuleras på grund av storskaliga cirkulationsmönster, vi utökade vår studie långt bortom de direkta effekterna av Norilsks industrisektor och fann att träd över de höga nordliga breddgraderna också lider."

Forskarna använde en processbaserad framåtmodell av boreala trädtillväxt, med och utan ytbestrålning som en proxy för föroreningar, för att visa att arktisk nedbländning sedan 1970-talet har minskat trädtillväxten avsevärt.

Arktisk dimming är ett fenomen som orsakas av ökade partiklar i jordens atmosfär, vare sig från föroreningar, damm eller vulkanutbrott. Fenomenet blockerar delvis solljus, saktar ner förångningsprocessen och stör den hydrologiska cykeln.

Den globala uppvärmningen bör förväntas öka tillväxten av boreala träd, men forskarna fann att när föroreningsnivåerna nådde sin topp, takten för trädtillväxten i norra Sibirien avtog. De fann att föroreningsnivåerna i atmosfären minskade trädens förmåga att förvandla solljus till energi genom fotosyntes, och så de kunde inte växa så snabbt eller så starkt som de skulle i områden med lägre föroreningsnivåer.

"Det som förvånade oss är hur utbredda effekterna av industriella föroreningar är - omfattningen av skadorna visar hur sårbar och känslig den boreala skogen är, ", sa Büntgen. "Med tanke på den ekologiska betydelsen av denna biom, föroreningsnivåerna över de höga nordliga breddgraderna kan ha en enorm inverkan på hela den globala kolcykeln."