En ny studie baserad på vetenskaplig provtagning av en rostig kolsänka vid en permafrostmark i Sverige har avslöjat att järnmineraler misslyckas med att fånga organiskt kol, en stor källa till CO ₂ och metan som inte ingår i den globala uppvärmningsprognosen.

Studien, utförd av forskare från universiteten i Tübingen och Bristol genomförde sin undersökningsplats vid Stordalens myr, Abisko, Sverige dyker upp i Naturkommunikation i dag.

Ungefär en fjärdedel av marken på norra halvklotet är permanent frusen. Dessa områden beräknas innehålla ungefär dubbelt så mycket kol som världens nuvarande atmosfär. Dock, dessa permafrostjordar tinar alltmer upp i takt med att jorden blir varmare.

Forskargruppen, ledd av professor Andreas Kappler, och Monique Patzner från Center for Applied Geoscience, och Dr. Casey Bryce – nu vid University of Bristol – i samarbete med professor Thomas Borch vid Colorado State University, undersökt hur denna utveckling påverkar mikroorganismerna i marken. De arbetade med antagandet att upptining ökar tillgången på organiskt kol för mikroorganismer att bearbeta, i sin tur släpper ut enorma mängder koldioxid och metan. Dessa gaser påskyndar växthuseffekten, leder till ytterligare upptining av permafrost i en ond cirkel.

Stigande temperaturer leder till kollaps av intakta permafrostjordar, vilket resulterar i jordskred och utbredd bildning av våtmarker. I denna senaste studie, teamet undersökte vad som händer med kolet som fångas i jorden när permafrosten tinar upp.

"Det organiska materialet som finns naturligt i proverna ackumulerades som torv under tusentals år. Med permafrosttining, mikrober blir aktiva och kan bryta ner torven, ", säger professor Kappler. "Vi vet också att järnmineraler bevarar organiskt kol från biologisk nedbrytning i olika miljöer – och därmed kan de vara en kolsänka även efter att permafrosten har tinat." Det reaktiva järnet finns som en sorts rost och kan vara förväntas fånga det organiska materialet i vad forskarna kallar en "rostig kolsänka".

Där, prover av markens porvatten och borrkärnor togs av det aktiva lagret längs en permafrost-upptiningsgradient. Forskargruppen undersökte hur mycket organiskt material som var bundet till reaktiva järnmineraler, hur stabila dessa Fe-C-föreningar är med permafrostupptining, och om de närvarande mikroorganismerna skulle kunna använda materialet som en källa till mat och energi. Teamet genomförde även experiment i laboratoriet i Tübingen.

Teamet fann att mikroorganismer tydligen kan använda järnet som matkälla, därigenom släpper det bundna organiska kolet ut i vattnet i jorden. Det betyder att den rostiga kolsänkan inte kan hindra det organiska kolet från att fly från den tinande permafrosten. Baserat på tillgängliga data från andra håll på norra halvklotet, forskare förväntar sig att deras resultat kommer att vara tillämpliga för permafrostmiljöer över hela världen.

Publikationens huvudförfattare, Monique Patzner, sammanfattar:"Den rostiga kolsänkan finns bara i intakta permafrostjordar; denna sänka går förlorad under permafrostens upptining." Nu försöker forskarna ta reda på hur detta underlättar utsläppen av växthusgaser och därmed den globala uppvärmningen. "Det verkar som att det tidigare järnbundna kolet är mycket biotillgängligt och därför bakterier kan omedelbart metabolisera det till utsläpp av växthusgaser, ", säger Patzner. "Detta är en process som för närvarande saknas i klimatförändringsmodeller och måste beaktas."

Dr Bryce, som fortsätter sin forskning inom School of Earth Sciences vid Bristol University, tillade:"Vi har identifierat att naturligt förekommande rost fångar kol i arktiska torvmarker och potentiellt hämmar dess utsläpp till atmosfären som en växthusgas. När permafrosten smälter löses rosten av bakterier och det associerade kolet frigörs. Denna studie representerar ett spännande framsteg i vår förståelse av hur interaktioner mellan organiskt material, metaller och mikroorganismer kan reglera förlusten av kol från torvmarker med viktiga konsekvenser för klimatåterkopplingar i Arktis."

Forskarna som är involverade i denna studie tittar nu på hur de kan fastställa identiteten på de mikroorganismer som är ansvariga för mineralförlust, det frigjorda kolets öde och konsekvenserna för utsläppen av växthusgaser.

Dr. Bryce tillade:"Vi arbetar också med att fastställa hur dynamiska interaktioner mellan järnmineraler och kol är under cykler med frysning-tinning eller torkning och vätning. Vi använder också några av lärdomarna från Arktis till torvmarker i Storbritannien som är upplever för närvarande extrem försämring."