I ett par nyligen publicerade artiklar, Michael Rawlins, en professor vid University of Massachusetts Amhersts geovetenskapliga avdelning och biträdande chef för Climate System Research Center, har gjort betydande vinster med att fylla i vår förståelse av Arktis koldioxidcykel - eller hur kol överförs mellan marken, hav och atmosfär. För att bättre förstå framtida trender inom atmosfärisk koldioxid, och dess tillhörande globala uppvärmning, vi behöver en mer fullständig bild av hur kol cirkulerar mellan reservoarer i vår värld.

"Det har gjorts mycket forskning som har tittat på det vertikala flödet av kol från land till atmosfären, "säger Rawlins. Detta vertikala flöde inkluderar saker som att bränna fossila bränslen, skogsbränder, läckande metangas och utsläpp från upptining av permafrost. Men det finns en annan del av cykeln - den horisontella. "Mycket mindre uppmärksamhet har ägnats åt hur kol överförs från land till havet via floder, säger Rawlins.

När vatten rinner över landet, i bäckar och floder, det tar upp kol, så småningom bär det hela vägen till havet. En liten, men inte obetydlig mängd av detta lösta organiska kol (DOC) "avgasas" från flodvattnet och ut i atmosfären som en växthusgas. Det som återstår rinner ut i havet, där det blir en viktig del av kustnära matnät.

Än, vi vet relativt lite om denna havsavdelning, laterala flöden av kol - särskilt i Arktis, där mätningarna är glesa och där snabb uppvärmning leder till intensifiering av den hydrologiska cykeln, ökad avrinning och permafrost tinar.

Det är här Rawlins två papper, publicerad i Journal of Geophysical Research and Environmental Research Letters, kom in.

Rawlins och hans medförfattare har modifierat en numerisk modell som exakt fångar den säsongsmässiga ansamlingen av snö, liksom frysning och upptining av jord, genom att lägga till en redovisning av produktionen, sönderfall, lagring och "laddning" av DOC till bäckar och floder. Modellen simulerar nu mängden kol som rinner ut i regionens floder med häpnadsväckande noggrannhet. Det är den första modellen som fångar den säsongsmässiga variationen i mängden DOC som exporteras till havet, en markerad öst-västlig lutning över 24 dräneringsbassänger på Alaskas norra sluttning och de relativt lika stora mängder DOC som flödar genom norddränerande floder och genom västra dräneringar.

Kanske viktigast av allt, modellen pekar på stigande mängder sötvatten och DOC som exporteras till en kustlagun i nordvästra Alaska. År 2019 sticker särskilt ut, med en massiv sötvattenexport av DOC som var nästan tre gånger den mängd som exporterades under början av 1980 -talet. "Ökad sötvattenexport har konsekvenser för salthalt och andra komponenter i lagunens vattenmiljö", säger Rawlins. Förändringarna är kopplade till ökande nederbörd, särskilt under sommaren, och effekterna av uppvärmning och upptining av jord. "Det största sötvattnet och DOC ökar, säger Rawlins, "inträffar under hösten, vilket inte är förvånande med tanke på de betydande förlusterna i havsis över de närliggande Beaufort- och Chukchi -haven, i sin tur kopplat till vårt uppvärmningsklimat. "

I sista hand, denna nya modell kan hjälpa forskare att förfina kolbaslinjer och bättre förstå hur den globala uppvärmningen förändrar jordens kolkretslopp.