Torvmarker, som utgör 3 procent av jordens totala landyta, är kända under ett antal namn — hedar, myrar, myrar, träsk och delar av permafrosttundra. De lagrar också en betydande mängd av jordens kol.

Ett forskarlag från Florida State University och Georgia Institute of Technology ägnar stor uppmärksamhet åt dessa komplicerade system eftersom de har funnit att den värmande jorden stimulerar komplexa ekosystemförändringar med slutresultatet av att ännu fler växthusgaser släpps ut i luften.

Teamets resultat – en del av ett större projekt som studerar torvmarksuppvärmningen ledd av Paul Hanson från det amerikanska energidepartementets Oak Ridge National Lab (ORNL) – publicerades idag i tidskriften Förfaranden från National Academy of Sciences .

FSU:s miljökemist Rachel Wilson, studiens huvudförfattare, sade att uppvärmningen gör att fler växthusgaser släpps ut i atmosfären på grund av en kaskadeffekt och de högre utsläppen, om oförminskad, kommer sannolikt att fortsätta på lång sikt.

"Först, växtsamhället reagerar på uppvärmning och producerar mer socker, ", sade Wilson. "De sockerarter är alltså bränsle för de anaeroba mikroorganismerna som producerar koldioxid och metan som deras andningsprodukter. Detta tyder på att ökningen av metanproduktionen vid högre temperaturer inte är en övergående effekt utan sannolikt kommer att kvarstå över tiden, förvärrar klimatkrisen genom att tillföra växthusgaser till atmosfären."

Forskare är särskilt oroade över återkopplingsslingor genom vilka ett värmande klimat påskyndar produktionen av växthusgaser från torvmarker, vilket sedan värmer upp klimatet ytterligare. Torvmarker är bland de största kolbankerna på jordens yta, håller lika mycket koldioxid som den förindustriella atmosfären. Det torvmarkslagrade kolet är klimatkänsligt.

"När torvmarkerna varma, mer av det kol som lagras där blir känsligt för nedbrytning av mikroorganismer, som sedan frigörs som koldioxid och, ännu mer oroande, metan, "Sa Wilson.

Robert O. Lawton Distinguished Professor och John Widmer Winchester professor i oceanografi Jeff Chanton, en världskänd expert på metan, leder FSU:s del av projektet och har varit med sedan 2012.

"Metan driver för närvarande ungefär 25 procent av klimatpåverkan, "eller påverkan på atmosfären som fångar värme och värmer jorden, jämfört med koldioxid, som driver det mesta av resten, ", sade Chanton. "Men metan är en starkare växthusgas än CO ₂ med en faktor på 30. Forskningen visar att med uppvärmningsförhållanden, torvmarkens kolkretslopp kommer att förändras från en bindning till utsläpp med ökande metaneffekt. Det är dubbelt illa."

Georgia Tech mikrobiolog och biträdande ordförande för forskning Joel Kostka, som ledde studien, sade att detta obehagliga resultat dämpas av de extrema förhållanden som finns i torvmossar runt om i världen.

"Även om de flesta torvmarker finns i nordliga regioner, som genomgår några av de snabbaste uppvärmningarna på planeten, vi pratar om allmän kyla, sura jordar där det inte finns något syre, ", sa Kostka. "Metanogener växer verkligen långsamt under dessa extrema förhållanden. Vi ser deras aktivitet öka med uppvärmningen, men de växer inte så snabbt ännu."

Tillsammans, forskargruppen reser till norra Minnesota upp till fyra gånger per år för att samla in prover på den ORNL-styrda anläggningen. FSU:s forskare analyserar torv för underjordiska koldioxid- och metankoncentrationer och isotoper medan Kostkas team studerar prover med avancerade mikrobiologiska metoder.

Wilson tilldelades också ett anslag för att använda Environmental Molecular Sciences Laboratory-anläggningar vid Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory, vilket gjorde det möjligt för henne att få prover analyserade med en mängd olika banbrytande miljötekniker.

Med hjälp av Malak Tfaily, en FSU-alumn som nu är biträdande professor vid University of Arizona, de använde labbets högupplösta masspektrometriteknik, FTICR-MS, som till stor del var pionjär vid FSU-huvudkontoret National High Magnetic Field Laboratory.

Forskningen från FSU och Georgia Tech är en del av det mycket större experimentet med gran- och torvlandsvar under förändrade miljöer, eller GRAN, att studera torvmarksklimatåterkopplingar. Övervakad och regisserad av ORNLs Hanson, en torvmark i norra Minnesota Marcell Experimental Forest värms experimentellt upp till olika temperaturer inuti stora inhägnader. Både luften och torven värms upp till temperaturer som simulerar varmare klimat.

Forskare från flera nationella DOE-laboratorier inklusive ORNL, det amerikanska jordbruksdepartementets U.S. Forest Service, och ett antal amerikanska och internationella universitet samarbetar för att fastställa förändringar i vegetationen, fysiska egenskaper hos torven, och förfina klimatmodeller för att bättre fånga hur dessa klimatkritiska ekosystem reagerar på uppvärmningsförhållanden.