High latitude soils and the global climate system-the role of surface organic soil layers and cryoturbation in the turnover of soil organic matter


Project leader


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/01/2015
End date: 31/12/2017
Funding: 4641000 SEK


Description

Jordar i nordliga ekosystem är viktiga för jordens klimat I det boreala barrskogsbältet och i Arktis permafrost (mark som är frusen året om) lagras mycket stora mängder organiskt material i marken. Det rör sig om delvis förmultnat växtmaterial (t.ex. i torv) som ansamlats under årtusenden. En viktig beståndsdel i detta material är kol som bundits ifrån atmosfärens koldioxid via växternas fotosyntes. Därför är markprocesser i dessa jordar mycket viktiga för den globala kolcykeln och för jordens klimat. Om torvmarker torkar ut eller permafrosten tinar kan markens organiska material börja nedbrytas i högre takt. Då kan dessa ekosystem gå från att vara atmosfäriska kolfällor (absorbera växthusgaser) till kolkällor (frisläppa växthusgaser), vilket leder till ökad global uppvärmning. Man kan likna det vid att dra kontakten ur en frys som under åratal blivit fullpackad med mat. Studier har visat att en stor del av detta organiska material finns lagrat i organiska jordlager eller i begravda jordhorisonter som påverkats av olika frosthävningsprocesser (s.k. kryoturbation). Det kryoturberade materialet har transporterats från markytan ner till djupare marklager där det bevarats från biologisk nedbrytning. I dagsläget finns grova beräkningar som uppskattar att torvmarker och kryoturberade horisonter innehåller ca 800 miljarder ton organiskt kol. Det är lika mycket som all koldioxid i jordens atmosfär. Trots detta saknas viktiga markprocesser såsom torv-ackumulation och kryoturbation i de flesta globala klimatmodeller. För att kunna förbättra och utvärdera klimatmodellerna behövs stöd av databaser baserade på omfattande sammanställningar av fältobservationer, vilket idag saknas. I detta forskningsprojekt samarbetar forskare från Sverige och USA för att lösa en del av dessa problem. De inblandade forskarna är experter på torvmarker, permafrost, jordar, ekosystemdynamik samt klimatmodellering. Med nya helhetsgrepp kommer vi kartera och karaktärisera organiska jordlager och kryoturberade jordar i hela det boreala barrskogsbältet och i Arktis. I det första skedet sammanställer vi data från årtionden av fältarbete och kombinerar dessa med olika digitala kartor från satellitbaserad fjärranalys. Detta arbete utförs vid Stanford University i USa tillsammans med experter på jordars roll i det globala klimatet. Vi kommer t.ex. använda oss av topografiska terrängmodeller, vegetationskartor, kartor över skogsbränder, permafrostkartor, jordartskartor och rekonstruktioner av tidigare utbredning av inlandsisar. Med hjälp av avancerade statistiska modeller och beräkningar kan vi kombinera allt detta och göra nya, enhetliga sammanställningar av organiska och kryoturberade marklager samt vad som styr deras utbredning. En nyckelfråga är hur lång tid det tar för organiska jordlager att ansamlas och hur snabbt kryoturbation kan begrava organiskt material djupare ner i marken. Detta ska vi undersöka med hjälp av kol-14 datering av arkiverade jordprover samt nytt material insamlat under en expedition till ett område i nordvästra Kanada. Detta område utgjorde gränsen för den Nordamerikanska inlandsisens utbredning för 16,000 år sedan. Tillsammans med existerande data från tidigare projekt hjälper detta oss att räkna fram hur mycket organiskt material som ansamlats i nordliga torvmarker samt kryoturberade jordar sedan den senaste istiden. Projektets sista och avgörande steg är att använda den nya kunskapen för att utvärdera och förbättra klimatmodeller. Vid Stockholms universitet arbetar man, i samarbete med Max-Planck institutet i Tyskland, med att utveckla en del av den globala klimatmodellen MPI-ESM. I projektet ingår även ett forskningsutbyte där ansökanden under ett år arbetar med modellerare vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Kalifornien, USA. Här utvecklar man den globala klimatmodellen CESM. I samarbete med forskarna som utvecklar dessa globala modeller kommer den nya kunskapen kring organiska och kryoturberade jordlager användas för att utveckla och utvärdera modellerna. Detta förväntas leda till avsevärda förbättringar i modellernas kapacitet att återskapa och förutspå framtida förändringar i permafrostjordar och den globala kolcykeln. Dessa modeller ingår bland dem som har ligger till grund för utvärderingar av Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) och deras resultat har potentiellt mycket stor samhällsrelevans.

Last updated on 2017-22-03 at 07:13