9. Er jorden i Arktis en tikkende bombe af drivhusgasser? Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo I det højarktiske Nordøstgrønland ligger forsøgsstationen Zackenberg. Her undersøger danske forskere, hvordan organisk stof bliver omsat i jorden. De har udvalgt forskellige undersøgelsesområder, hvor landskabet har hver sin karakteristiske vegetation og jordbund. Forskerne måler bl.a. hvor mange af drivhusgasserne kuldioxid (CO 2 ) og metan (CH 4 ), jorden frigiver. Det er ikke ligegyldigt hvilken af drivhusgasserne, der frigives, for metan er som drivhusgas 23 gange stærkere end CO 2. Kuldioxid eller metan som slutprodukt ved nedbrydningen Når organisk stof bliver nedbrudt i jorden, frigiver det kulstof (C) enten som CO 2 eller CH 4, afhængig af hvor meget ilt, der er i jorden. Hvis jordbunden er forholdsvis tør, er der meget ilt, og så frigives der især CO 2. I modsætning hertil indeholder en vandmættet jord kun små mængder ilt. Det betyder, at det organiske stof omsættes betydeligt langsommere, og at der ophobes tørv. Mangel på ilt betyder også, at der bliver dannet metan i forbindelse med omsætningen. Temperaturen spiller en stor rolle for, hvor meget organisk stof der omsættes. På figur 9.1 er der vist målinger af CO 2 -frigivelse fra jorden i løbet af en sommer. Figur 9.1 Jorden frigiver CO 2 til atmosfæren, når bakterier omsætter planterester Jo mere jordbundstemperaturen stiger, jo mere CO 2 frigives der fra områder bevokset med rypelyng (lilla cirkler) og kantlyng (grønne firkanter). (Figur fra Naturen og klimaændringerne i Nordøstgrønland). Man kan tydeligt se temperaturens effekt, og at der hersker forskellige forhold på de undersøgte områder. Området med rypelyng ligger på en såkaldt afblæsningsflade. Det vil sige, at jorden er vindeksponeret og tør. Det lave vandindhold giver jorden en højere temperatur om sommeren og forklarer dermed den høje omsætning af kulstof. Området med kantlyng ligger mere beskyttet. Her bliver sneen liggende længe, og jorden er derfor koldere og mere fugtig end jorden under rypelyng. 1
Jorden frigiver altså CO 2 om sommeren når organisk stof bliver omsat. Men planterne optager også CO 2 når de laver fotosyntese. For at få et indtryk af om områderne samlet frigiver eller optager CO 2 over en vækstsæson, har forskerne målt udveksling af kuldioxid med atmosfæren over et helt årti. Målinger viser, at der i disse områder er balance, således at den mængde CO 2 der bliver bundet ved fotosyntese, frigives igen ved planternes og dyrenes respiration samt ved nedbrydning af organisk stof i jorden. I forhold til den globale opvarmning, er disse jorde derfor formodentlig hverken en skurk eller en helt, der enten forværrer eller forbedrer atmosfærens indhold af drivhusgasser. Våde områder frigiver mere metan Men forskerne undersøgte også våde områder, der ligger i lavninger neden for permanente snefaner. Her er jorden våd hele sommeren, og disse områder viser helt andre resultater. For det første er der en langt større produktion af planter end i de tørrere områder. For det andet frigives store mængder af både CO 2 og CH 4 gennem vækstsæsonen. Det er helt i overensstemmelse med målinger fra andre våde områder i Arktis. Figur 9.2 Kæruld indikerer fugtig jord Der vokser ofte kæruld, når jorden er vandmættet. Sådanne områder sender meget metan op i atmosfæren, når jorden bliver varmere. (Foto: Peter Bondo Christensen). Der vokser som regel kæruld på de vandmættede jorde. Planterne har hule stængler der transporterer ilt ned til rødderne i den iltfattige jord. Men stænglerne virker også som skorstene, der hurtigt og effektivt kan transportere metangassen op i atmosfæren fra jordens dyb. Og forskerne har gjort endnu en ny opdagelse: Når vækstsæsonen slutter, finder de endnu en stor frigivelse af metan når jorden fryser, se figur 9.3. Faktisk frigives der i denne indfrysningsperiode lige så meget metan som gennem hele den egentlige vækstsæson. Gennem en årrække har det været kendt, at indholdet af metan i det arktiske var højt i efteråret uden at man kunne forklare hvorfor. Med denne nye opdagelse er man således kommet langt videre i forståelsen af hele samspillet omkring frigivelse af metan fra Arktis til atmosfæren som udgør et betydeligt bidrag til drivhuseffekten. 2
Figur 9.3 Metan fryser ud af jorden De mørkeblå cirkler viser gennemsnitsmålinger af flux af metan (højre skala) i sommersæsonen 2007 for seks målekamre, og stregerne viser standardafvigelsen mellem målekamrene. Man kan også se jordens temperatur i forskellige dybder (rød: 5 cm; grøn: 10 cm; blå: 15 cm: temperaturskala på venstre side). De nedadrettede pile angiver hvornår jorden fryser. Forskerne har vist, at når jorden fryser ind om efteråret, presses der lige så meget metan ud af jorden som gennem sommerperioden. (Figur fra Nature, vol. 456, december 2008). Forskerne har også målt kulstofindholdet i jorden på de meget fugtige områder, og de fandt at de fugtige jorde ophober mere kulstof end de frigiver. Fotosyntesen binder altså mere kulstof (organisk materiale) end der nedbrydes. Det er i modsætning til, hvad man har målt i de tørre områder, hvor der er balance i systemet. Når der ophobes kulstof i jorden, modvirker det drivhuseffekten. Men sluteffekten er ikke entydig. For hvis det samme system frigiver forholdsvis meget CH 4 i forhold til CO 2, er det kritisk, da metan som nævnt er ca. 23 gange stærkere som drivhusgas end kuldioxid. Forskerne følger derfor meget nøje, hvad der sker med det arktiske landskab de kommende år i takt med den globale opvarmning. Arktis er blandt de områder på Jorden, hvor de største temperaturstigninger finder sted. Sne og is kaster varmen tilbage, men når sneen smelter, suger den mørke jord i stedet varmen til sig og holder på varmen, se også kapitel 1. Det har altså en selvforstærkende effekt, at is og sne smelter væk i Arktis. Det er endnu uvist om den øgede temperatur fører til, at landskabet udvikler sig i retning af mere fugtige jordbundstyper pga. mere nedbør og snesmeltning eller til mere tørre jordtyper pga. højere varme. De fugtige jordtyper frigiver metan og bidrager derfor mere til drivhuseffekten. Hvis det derimod pga. varmen bliver mere tørt, er det sandsynligt, at der bliver omsat mere kulstof i tidligere våde områder. Så vil den samlede mængde kulstof der frigives til atmosfæren sikkert stige, men drivhuseffekten kan vise sig at blive mindre, fordi andelen fra metan falder. 3
Figur 9.4 Foråret kommer sent i de arktiske områder (Foto: Peter Bondo Christensen). Når permafrosten forsvinder En meget stor del af jorden i de arktiske områder er permanent frosne. Man kalder det permafrost, og udbredelsen af permafrost er en ubekendt faktor i kulstofregnskabet mellem atmosfæren og jorden. Den permafrosne jord indeholder store mængder ophobet gashydrater og organisk materiale. Gashydrater er en kemisk forbindelse, hvori der forekommer vandmolekyler, se figur 9.5. De dannes som regel under tryk og ved lave temperaturer. Gassen er fanget af de frosne vandmolekyler, og er pakket på en meget tæt måde: Af 1 liter gashydrat kan man udvinde ikke mindre end 163 liter gas, når jorden tør. I den permafrosne jord er størstedelen af gashydraten dannet af fossil methangas, og man taler derfor om methanhydrat. 4
Figur 9.5 Skematisk tegning af gashydratstrukturen (Fra http://www.marum.de/wie_bilden_sich_gas hydrate_wirklich.html). Tør permafrosten som følge af temperaturstigninger, frigives både CO 2 og CH 4. Det vil accelerere den globale opvarmning yderligere. Forskerne kan se, at afstanden fra jordoverfladen til den permafrosne jord år for år bliver større, se figur 9.6. Mere og mere jord tør altså, og forskerne er derfor bange for, at jorden i Arktis er en tikkende bombe af drivhusgasser. Figur 9.6 Der bliver længere til permafrosten Store områder med permafrost tør hvert år i Arktis. Ved Zackenberg kommer det bl.a. til udtryk ved, at man som årene går, må grave dybere og dybere for at komme ned til permafrosten, uanset om man graver under tør eller fugtig jord. (Figur fra Naturen og klimaændringerne i Nordøstgrønland). 5
9. Er jorden i Arktis en tikkende bombe af drivhusgasser? Arbejdsspørgsmål: 1. Kuldioxid eller metan som slutprodukt ved nedbrydningen a. Opskriv eksempler på kemiske processer, hvor organisk stof bliver nedbrudt til enten kuldioxid (CO 2 ) eller metan (CH 4 ). b. Under hvilke forhold bliver organisk stof nedbrudt til metan? c. Analyser figur 9.1 og forklar resultaterne. d. Opskriv fotosynteseprocessen, og forklar hvilke abiotiske faktorer, der kan begrænse den. e. Forklar hvordan der kan være balance mellem et områdes optagelse og frigivelse af CO 2. 2. Våde områder frigiver mere metan a. Hvad kan årsagen være til at der er en større produktion af planter i lavninger neden for permanente snefaner? b. Analyser figur 9.3 og forklar resultaterne. c. Hvorfor er det svært at vurdere, om de våde jorde bidrager til drivhuseffekten? 3. Når permafrosten forsvinder a. Hvad vil det sige, at en jord er permafrossen? b. Hvorfor indeholder en permafrossen jord store mængder metan? c. Hvilke konsekvenser får det for drivhuseffekten, hvis områder med permafrost tør? Begrund dit svar. d. Analyser figur 9.6 og forklar resultaterne.