4rd Jordbunden indeholder et lager



Relaterede dokumenter
9. Er jorden i Arktis en tikkende bombe af drivhusgasser?

Jordbund og klima på Grønland

1. Er jorden blevet varmere?

Naturen og klimaændringerne i Nordøstgrønland

At give den gas i laboratoriet

Permafrost og lattergas

2. Drivhusgasser og drivhuseffekt

2. Drivhusgasser og drivhuseffekt

Den sårbare kyst. 28 TEMA // Permafrosten overrasker! Af: Mette Bendixen, Bo Elberling & Aart Kroon

5. Indlandsisen smelter

Drivhuseffekten er det fænomen der søger for at jorden har en højere middeltemperatur, end afstanden til solen berettiger til.

10. Lemminger frygter sommer

RAPPORT Karakteristik af tangtag nedbrydelighed og kemisk sammensætning

3. Det globale kulstofkredsløb

5. Indlandsisen smelter

Hvad er drivhusgasser

Livet i jorden skal plejes for at øge frugtbarhed og binding af CO2 samt evnen til at filtrere vand

Drivhuseffekten er det fænomen, der sørger for at jorden har en højere middeltemperatur, end afstanden til solen berettiger til.

1. Er Jorden blevet varmere?

8. Arktiske marine økosystemer ændrer sig

3. Det globale kulstofkredsløb

Klimaændringer & global opvarmning Spørgsmål til teksten

Den levende permafrost

2008 Scientific papers

Gylp fra Lille Kjove og Sneugle i relation til lemmingbestanden ved Zackenberg i Nordøstgrønland

Klimaændringer i Arktis

Globale og regionale klimaforandringer i nutid og fremtid - årsager og virkninger?

En opdagelsesrejse med kunst og videnskab

Yann Arthus-Bertrand / Altitude. Klimaændringer - hvad har vi i vente? Jens Hesselbjerg Christensen Danmarks Meteorologiske Institut

Geovidenskab A. Vejledende opgavesæt nr. 2. Vejledende opgavesæt nr. 2

Stormvandstande ved Svendborg Kommunes Kyster

Arktiske Forhold Udfordringer

Undervisningsmateriale til udvalgte artikler fra tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab Se mere på

Klimaforandringerne i historisk perspektiv. Dorthe Dahl-Jensen Niels Bohr Institute, University of Copenhagen

UNDERSØGELSE AF JORDRESPIRATION

4. Havisen reduceres. Klimaforandringer i Arktis. Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo

6. Livsbetingelser i Arktis

Hvad betyder kulstofbalancen for landbrugets samlede drivhusgasregnskab

Fremtidige klimaudfordringer i Ringkøbing-Skjern Kommune

Nr Drivhusgasser - og deres betydning for klimaet Fag: Fysik A/B/C Udarbejdet af: Ole Ahlgren, Rønde Gymnasium, september 2009

4. Havisen reduceres. Klimaforandringer i Arktis. Af Peter Bondo Christensen og Lone Als Egebo

6. Livsbetingelser i Arktis

Klodens temperatur og drivhuseffekten.

I dag skal vi. Have det sjovt, og tale om det vi lærte sidst, på en anden måde. CO2/fotosyntese, klima vind og vejr. Hvad lærte vi sidst?

Klima og. klode. økolariet undervisning. for at mindske udledningen. Navn:

Danmarks geomorfologi

Genbrug af økologisk halm til frostsikring af gulerødder og jordforbedring i det økologiske sædskifte

FP9 GEOGRAFI. Elevnavn: Elevnummer: Skole: Hold: 1/22 G1. 9.-klasseprøven. Maj-juni 2015

Forskere tog fejl: Den grønne planet set fra oven FAKTA

Kombinationer af våde og tørre arealer samt forskellige græsningsdyr

Drivhuseffekten. Hvordan styres Jordens klima?

Undervisningsmateriale til udvalgte artikler fra tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab Se mere på

Marsvin i Vestgrønland den ukendte hval

Hvordan påvirker gyllehåndteringssystemer husdyrgødningens klimaeffekt

Bytræer er med til at afbøde virkningerne af klimaændringer

Eksempel på Naturfagsprøven. Biologi

Danmarks Klimacenter DMI, Trafikminsteriet. Danmarks vejr og klima i det 20. århundrede VEJRET. Nr ÅRGANG September 2001 (88)

Iltindholdet i vandløb har afgørende betydning for ørreden

Zackenberg Station en platform for højarktisk økologisk forskning i Nordøstgrønland

Strandenge. Planter vokser i bælter

Slusedrift og miljøkonsekvens - Ringkøbing Fjord

Skoven falmer. Læringsmål. Se på læringsmålene. Hvad kan du lige nu, og hvad vil du gerne kunne efter forløbet?

Jordlag, Forekomst af skifergas i Danmark og globalt

Undervisningsmateriale til udvalgte artikler fra tidsskriftet Aktuel Naturvidenskab Se mere på

PRIMÆRPRODUKTION I VADEHAVET

Geologi. Sammenhæng mellem geologi og beskyttelse i forhold til forskellige forureningstyper GRUNDVANDSSEMINAR, 29. AUGUST 2018

Nedsivning af vejvand

2. Skovens sundhedstilstand

Gødningsåret. Claus Jerram Christensen, DJ Lars Bo Pedersen, S&L

Rapporter og opgaver - geografi C LAB-kursus

C12 Klimavenlig planteproduktion

Økosystemer. Niveau: 9. klasse. Varighed: 5 lektioner. Præsentation: Forløbet Økosystemer handler generelt om, hvordan økosystemer fungerer.

Istidslandskabet - Egebjerg Bakker og omegn Elev ark geografi klasse

Transkript:

4rd Jordbunden indeholder et lager af næringsstoffer og vand, der er helt afgørende for liv i og på jorden. Næringsstofferne frigives primært ved nedbrydning af jordens mineraler og organisk stof og er bestemt af en række faktorer bl.a. udgangsmaterialet, vegetationen og ikke mindst klimaet. Disse faktorer vekselvirker, og det påvirker både vækstbetingelser for planter, andelen af metan og kuldioxid, der produceres og frigives til atmosfæren og i sidste ende stofkredsløbene. 42

Jordmiljøet permafrost og kulstofomsætning Af Bo Elberling, Charlotte Sigsgaard & Torben R. Christensen Jordbundsprofil og underliggende permafrost (ca. 2 meter) ses eksponeret som resultat af naturlig erosion langs Zackenbergelven. Foto: C. Sigsgaard. 43

Figur 4.1 Zackenbergdalen har en mosaik af vegetationstyper og plantesamfund; lige fra våde kær med kæruld til tørre grus- og stenmoræner med rypelyng samt fjeldskråninger. Foto: L.A. Kyhn. Det er en flot oplevelse at nærme sig den grønlandske østkyst fra luften. Området, der adskiller havet og Indlandsisen, domineres af stejle og nøgne fjelde samt gletsjere. Først lige inden man lander ved Zackenberg, dukker et mosaikagtigt landskab op bestående af både lavtliggende og fugtige kær, store ensartede tundraflader og helt vegetationsfrie afblæsningsflader (Fig. 4.1). Denne rumlige variation afspejler landskabets morfologi og alder, jordmiljøets udgangsmateriale, klimaet herunder eksponering af sol, sne og vand, og ikke mindst planternes tilpasning til de givne miljøbetingelser. I Zackenberg kan man skelne mellem mindst 20 forskellige vegetationstyper, hvoraf mindst 10 kan skelnes på satellitbilleder. I det følgende vil vi fokusere på tre kontrastfyldte og dominerende typer med hver deres karakteristiske jordbundsudvikling, hydrologi og kulstofomsætning. Samtidig repræsenterer disse tre vegetationstyper spændvidden i de forskellige måder, hvorpå enkelte landskabselementer forventes at reagere på fremtidige klimaændringer. I det følgende vil de tre vegetationstyper blive betegnet henholdsvis rypelyng-, kantlyng- og kærområder. 44 Naturen og klimaændingerne i Nordøstgrønland

Boks 4.1 Omsætning i jorden og udveksling af drivhusgasser Der er ikke de samme udstrakte kærområder i højarktisk Grønland som i andre dele af Arktis. Ved Zackenberg dominerer de tørre og fugtige jorder, og de bliver mere og mere dominerende, jo længere nordpå i Grønland man kommer. I disse jorder er tilgængeligheden af ilt stor, og optøningsdybden er betydelig (ofte mere end 60 cm sidst på sommeren). Hovedparten af det tilførte kulstof bliver derfor omsat under frigivelse af CO 2. I modsætning hertil betinger et højt vandindhold i de våde jorder, at atmosfærisk ilt kun langsomt trænger ned, og at det tager længere tid at varme jorden op. Det betyder, at omsætningen sker langsommere, og at en væsentlig del af omsætningen foregår uden ilt (anaerobt). Derfor dannes der metan (CH 4 ), som frigives på samme måde som CO 2 til atmosfæren. I jorden kan CH 4 dog med hjælp af bakterier omdannes til CO 2. Når CH 4 først har forladt jordmiljøet og befinder sig i atmosfæren, sker nedbrydningen gennem kemiske reaktioner med iltholdige stoffer, hvilket kan tage mange år. Som drivhusgas er CH 4 betydelig stærkere end CO 2. Et stofs virkning som drivhusgas afhænger af dets evne til at absorbere varmestråling og dets levetid i atmosfæren. Sammenligner man udslip af den samme masse af CH 4 respektivt CO 2 over 100 år, er CH 4 mere end 23 gange stærkere end CO 2. Man beregner et såkaldt Globalt opvarmningspotentiale (GWP), der udtrykker, hvor effektivt udslippet af en vægtenhed af et givet stof er, sammenlignet med den samme mængde CO 2. Det betyder, at selvom våde jorder kan have et større netto-optag af CO 2 end de tørre jorder, så kan den miljømæssige effekt godt være størst fra de våde jorder på grund af den i klimasammenhæng stærkere effekt af metan. I dag er det et åbent og vigtigt spørgsmål for den arktiske forskning, hvordan den fremtidige CO 2 - og CH 4 -balance bliver for tundra-økosystemerne. Overfladestruktur på tør polygonjord ved Zackenberg fremhævet ved sneaflejring. Foto: C. Sigsgaard. Højt oppe på Zackenbergfjeldet er planterne stort set fraværende og jordbundsudviklingen tilsvarende begrænset. Puljen af kulstof og andre næringsstoffer i jorden er alene betinget af et lille input af organisk stof. På den mere jævne tundra dominerer rypelyng (grønlandsk fjeldsimmer) på de tørre og eksponerede dele, de såkaldte afblæsningsflader, mens kantlyng dominerer i de mere fugtige områder med et beskyttende snelag om vinteren. I lavninger og områder nedstrøms for permanente snefaner vil der være mere vådt store dele af sommeren, og her dominerer bl.a. kæruld. Kombinationen af et højt vandindhold og højtliggende permafrost betyder, at der her ofte opstår iltfattige forhold i jordmiljøet. Organisk stof i denne iltfattige zone omsættes derfor kun langsomt og ufuldstændigt, så der dannes tørv. I alle dele af landskabet omsættes der kuldioxid (CO 2 ) mellem vegetation/jord og atmosfæren, og i de våde områder frigives desuden metan (CH 4, Boks 4.1). Naturen og klimaændingerne i Nordøstgrønland 45

Permafrost og puljer af kulstof Undersøgelser af jordmiljøet tager ofte udgangspunkt i en karakteristik baseret på analyser af jordprøver udtaget med kendt volumen i de karakteristiske lag, som jordbunden består af. Hvor kysten eller en elv eroderer sig ind i jordlagene og den underliggende permafrost, bliver jordlagene bedst eksponeret (se foto side 43). Jordbundsprøver er dog primært blevet udtaget fra gravede profiler. Resultatet af mere end 2.000 kulstofanalyser af jordprøver fra Zackenberg viser, at der er stor variation i indholdet af kulstof betinget af et samspil mellem jordtype, landskabsform, vegetationstype samt dræningstilstand. I områder med rypelyng og kantlyng findes hovedparten af kulstofpuljen i de øverste 30 cm, mens kulstofpuljen er mere jævnt fordelt i kærområderne. Figur 4.2 Jordbundsprofil under kantlyng. Øverst ses et gråt flyvesandslag med ringe jordbundsudvikling. Nedenunder ses en begravet podzoliseret jord med et humusholdigt lag over et rødligt jernholdigt lag. Foto: B.H. Jakobsen. Koncentrationer af kulstof på en given flade kan omregnes til en pulje af kulstof, når massefylden og tykkelsen af de enkelte jordlag kendes. Omregnet til kg kulstof i de øverste 50 cm viser det sig, at de fugtige kærområder og nærliggende områder med pil indeholder i gennemsnit omkring 15 kg C per m 2, mens rypelyng- og kantlyngområderne kun indeholder omkring det halve. Som gennemsnit findes der mere end 100 ton organisk kulstof i de øverste 50 cm pr. hektar. Dette er langt den største pulje af kulstof, som indgår i kulstofkredsløbet i det arktiske økosystem. Det betyder også, at selv små ændringer med tiden kan få stor betydning. Sådanne ændringer er snævert koblede til udvekslingen af kulstof i vegetationen, i rødderne og i omsætningen af nedfaldne blade mv. Disse puljer udgør mindre end 6 % af den samlede pulje organisk stof i Zackenberg, men er afgørende for dels at kunne forudsige fremtidige ændringer i jordens lager af kulstof, og dels i relation til økosystemets nuværende stabilitet f.eks. som fødegrundlag for dyr og fugle. I Zackenbergområdet findes begravede jordbundstyper, såkaldte fossile jorde, der er gamle jordoverflader begravet under f.eks. vind- eller vandaflejrede sedimenter. Sådanne fossile jorde vidner om tidligere tiders klima- og vegetationsforhold. Begravet under mere end 30 cm flyvesand findes flere steder i Zackenbergområdet resterne af en gammel, stærkt udvasket og næringsfattig jordbundstype. På Fig. 4.2 ses et mørkebrunt/rødligt lag, som er den gamle udfældningshorisont i en såkaldt podzol. I den zone er organisk stof samt jern- og aluminiumforbindelser udfældet. En sådan transport af organisk stof og metaller fra overliggende lag har forudsat en biologisk aktivitet ved overfladen, hvor der er dannet stærke organiske syrer under omsætningen af det organiske stof. Disse syrer har medvirket til forsuring (lave ph-værdier) og en opløsning af jern og aluminium, som med nedsivningsvandet har kunnet bevæge sig ned og er blevet udfældet længere nede i jorden. En tilsvarende, men aktuel jordbundsudvikling kendes i dag fra sydligere breddegrader i Grønland. Alt tyder på, at der ved Zackenberg har været både en del varmere og mere fugtigt, end der er i dag. Desuden har en helt anden vegetation været dominerende, nemlig dværgbirk, hvis pollen findes i de begravede lag. Det organiske indhold, som findes i de begravede horisonter, er blevet 14 C-dateret. Det viser sig, at denne varmere og fugtigere periode i Zackenberg optrådte for mere end 4.000 år siden. Det betyder, at den pulje af kulstof, som findes i den øverste del af jorden, ikke 46 Naturen og klimaændingerne i Nordøstgrønland

nødvendigvis afspejler en ligevægtstilstand mellem det nutidige klima og jordbundsmiljøet. Der er således en væsentlig usikkerhed forbundet med at modellere jordmiljøets rolle i forbindelse med frigivelsen af drivhusgasser i fremtiden. Omsætning af organisk stof og frigivelse af drivhusgasser I dag foretages en del studier i arktiske områder med henblik på at forudsige, hvilken rolle de arktiske økosystemer kommer til at spille ved en klimaforandring. De fleste af disse studier måler den hastighed, hvormed kulstof akkumuleres (primært ved fotosyntese) og frigives (primært ved planterespiration og nedbrydning af organisk stof i jorden). Det giver to store tal for henholdsvis input og output til jordens pulje af kulstof, men giver kun et usikkert bud på, om jordmiljøet bliver rigere eller fattigere på kulstof, og dermed om jorden virker positivt eller negativt på det globale kulstofbudget i atmosfæren. Målinger af landskabsudveksling af CO 2 (Fig. 4.3) ved Zackenberg tyder på, at input og output af kulstof over et årti stort set er i balance på den tørre tundra. Der hersker dog en hvis usikkerhed om, hvad der sker om vinteren i Zackenberg. Tilsvarende medregnes sjældent tabet af kulstof fra jordmiljøet i form af opløste organiske og uorganiske forbindelser. Et stort spørgsmål er, hvordan balancen mellem input og output bliver i fremtiden. For at kunne forudsige hvordan et arktisk økosystem som ved Zackenberg påvirkes af fremtidige klimaforandringer, er omsætningsprocesserne blevet undersøgt nærmere. Både planternes fotosyntese og respiration samt nedbrydning af organisk stof i jorden forøges ved en opvarmning. Ved Zackenberg har man gennemført opvarmningsforsøg, hvor temperaturen i jordoverfladen blev øget med 2-3 grader. Det har medført, at frigivelsen af CO 2 er forøget med op til 33 %. På trods af det øgede kulstoftab viser et samlet kulstofregnskab, at økosystemet netto optager kulstof i planternes vækstsæson. Andre forsøg viser, at vanding på nogle vegetationstyper kan forøge frigivelsen af CO 2, uden at det påvirker kulstofbindingen. Dermed kan en ændring i nedbørsforholdene alt andet lige også påvirke kulstofregnskabet. Formentlig kommer mange andre forhold til at spille en lige så stor rolle som den direkte effekt af en temperaturstigning, f.eks. ændrede sneforhold, skydække og nedbør. Figur 4.3 Landskabsmålinger med anvendelse af såkaldt eddykorrelation-teknik, hvor nettoresultatet af planternes CO 2 -optagelse og planternes såvel som jordens frigivelse af CO 2 måles. Om vinteren og i det tidlige forår dominerer frigivelsen, og landskabet som helhed virker som en CO 2 -kilde til atmosfæren. I planternes vækstsæson er det modsatte tilfældet. Foto: C. Sigsgaard. Fig. 4.4 viser feltmålinger, hvor jordens frigivelse af CO 2 bestemmes ved at måle koncentrationsstigningen af CO 2 i en cylinder med låg på, som er presset ned i jorden. Målingerne viser, at langt hovedparten af CO 2 -produktionen sker i lag nær overfladen, hvilket for Zackenberg er bestemt ved at analysere variationer i CO 2 -koncentrationer i jordprofilet. Figur 4.4 Feltmålinger af jordens frigivelse af CO 2 (målt som μmol C pr. m 2 pr. sekund) i det tidlige forår, hvor der nogle år måles en uventet puls af CO 2. Foto: B. Elberling. Naturen og klimaændingerne i Nordøstgrønland 47

Figur 4.5 Sommermålinger af CO 2 -frigivelsen som funktion af temperaturen fra tre udbredte vegetationstyper ved Zackenberg. Fra Academic Press. Jord CO 2 efflux (µmol CO 2 m 2 s 1 ) 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Rypelyng Kantlyng Pil 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Temperatur ( C) Målinger af CO 2 -frigivelsen fra jorden i løbet af en sommer i Zackenberg er i Fig. 4.5 plottet som funktion af temperaturen målt i jorden i en dybde af 5 cm. Ikke overraskende er temperaturen i jorden afgørende for den tidslige variation i CO 2 -produktionen i jorden, idet det er bakterier og andre levende organismer, der betinger en omsætning og dermed en CO 2 -produktion. Men figuren viser også, hvor følsom CO 2 -produktionen er over for variationer i temperaturen, og at der er forskel på de enkelte vegetationstyper. CO 2 -produktionen i jorden under kantlyng, og rypelyng ligger tæt på den samme linje, mens CO 2 - produktionen i jorden under rypelyng er markant højere. Forskellen på kantlyng og rypelyng skyldes, at jorden under rypelyng indeholder mindre vand og derfor er varmere om sommeren. CO 2 -produktionen i jorden under pil og kær ligger forskudt i forhold til kantlyng og rypelyng. Temperaturen for pil minder mest om kantlyng, men alligevel er CO 2 -produktionen markant højere, hvilket skyldes, at plantedele fra pil er lettere omsættelige (indeholder mere kvælstof) og nemmere at nedbryde, end det er tilfældet for kantlyng. Lige efter tøbrud kan man ofte måle en overraskende høj frigivelse af CO 2. Baggrunden for denne høje frigivelse er undersøgt deltaljeret i Zackenberg, dels i form af kontrollerede feltforsøg, hvor sneen er fjernet, og frigivelsen af CO 2 fra den frosne jord er blevet kvantificeret (Fig. 4.5), og dels i fryserforsøg i laboratoriet. Det viser sig, at denne puls af CO 2 primært er blevet produceret i løbet af den lange vinter, fanget i den frosne jord og først frigives, når jorden begynder at tø. Det stemmer med, at de mikroorganismer, som er ansvarlige for CO 2 - produktionen i kolde egne, er tilpasset lave temperaturer. Fryserforsøg med mikroorganismer fra Zackenberg viser, at deres aktivitet er omkring 20 % af deres fulde kapacitet omkring frysepunktet, og at de er aktive ned til mindst -18 C. Metanproduktionen størst i kærene I den centrale del af Zackenbergdalen findes et større kærområde, hvor produktionen og frigivelsen af metan er blevet undersøgt. Det blev tidligt klart, at kærområdet i Zackenberg er meget produktivt i 48 Naturen og klimaændingerne i Nordøstgrønland

form af plantevækst og har et højt udslip af metan i vækstsæsonen. Frigivelsen af metan er af samme størrelsesorden som i tilsvarende økosystemer i f.eks. det nordlige Skandinavien. Det tyder på, at kærene repræsenterer hot-spots for udveksling af kulstof med atmosfæren. Dette er i kontrast til den relativt beskedne udveksling af kulstof i de arealmæssigt mere dominerende heder og mere vegetationsfattige områder. A I kærene ved Zackenberg blev den direkte kobling mellem vegetationssammensætningen og størrelsen af metanfrigivelsen for første gang dokumenteret for et højarktisk økosystem. Det viser sig, at visse plantearter (bl.a. polarkæruld og smalbladet kæruld) direkte stimulerer frigivelsen af metan. Det betyder, at ændringer i hydrologien, næringsstofforhold eller temperatur, som betinger en ændring i sammensætningen af plantearter, alene kan medføre ændringer i frigivelsen af metan. Dermed er der sat fokus på netop samspillet mellem biodiversitet, forestående klimaforandringer, og hvordan et økosystem som ved Zackenberg som helhed vil bidrage til atmosfærens indhold af drivhusgasser. Siden 2006 har målinger af metanfrigivelsen fra kærene i Zackenberg været en del af basisprogrammet ved Zackenberg (Fig. 4.6). Dette er bemærkelsesværdigt i relation til det øvrige Arktis, hvor langt de fleste tilsvarende metanmålinger sker i tidsbegrænsede forskningsprojekter. På baggrund af data har det vist sig, at omkring 50 % af den samlede metanproduktion kan foregå som en kortvarig puls over få uger i forbindelse med, at jorden fryser. Det er uvist, om sådanne høje frigivelser uden for vækstsæsonen sker hvert år, men modelsimuleringer tyder på, at den kortvarige puls af metan fra arktiske økosystemer nogle år kan være så stor, at det kan påvirke atmosfærens indhold af metan. Permafrost og klimaændringer Den del af jorden, som i dag er permanent frossen (permafrosten), kan blive en helt afgørende faktor for kulstofregnskabet i Zackenberg. Vi ved, at permafrosten indeholder store mængder kulstof, at denne pulje er meget uensartet fordelt i landskabet, og at den kan blive delvist omsat ved en optøning. Laboratoriemålinger viser, at nedbrydningen af organisk stof ved en opvarmning af permafrost kan forløbe lige så effektivt som i lag nær overfladen efter blot nogle få dage til uger. Dette skyldes, at de nedbrydende mikroorganismer allerede findes i jorden og hurtigt formerer sig ved en opvarmning. B C Figur 4.6 Våde lavninger domineret af græsser og kæruld er næsten vandmættede det meste af året. Her måles frigivelsen af metan i automatiske kamre. A: i det tidlige forår når området er oversvømmet, B: midt om sommeren hvor området er sumpet og C: i den tidlige vinter. Foto: J.M. Falk og C. Sigsgaard. Naturen og klimaændingerne i Nordøstgrønland 49

Boks 4.2 Termokarst I Arktis er det velkendt, at is over årtier kan ophobes i jordmiljøet som næsten ren is. Normalt er den frosne is og jord beskyttet af overliggende jord og vegetation, men forstyrres denne balance af ændringer i klimaet, større udsving i temperaturerne, ændringer i plantedækket eller vandgennemstrømningen, kan det føre til eksponering af den frosne jord, hvorved der dannes såkaldte termokarstområder med sammensynkninger og lavninger uden afløb. Hvis klimaet bliver varmere, vil ophobet is nemmere blive eksponeret og danne områder med termokarst. I Zackenberg er antallet af disse områder stigende og vidner således om øget destabilisering af landskabet. Termokarstområde præget af hurtig optøning og et landskab, der kollapser. Foto: B. Elberling. Ofte hører man, at Arktis er blandt de områder på kloden, hvor de største temperaturstigninger vil finde sted, og hvor netop den meget store pulje af kulstof i permafrostlag er blandt de helt afgørende ubekendte kilder til en fremtidig frigivelse af drivhusgasser til atmosfæren og dermed en potentiel accelereret opvarmning af kloden. Undersøgelserne i Zackenberg viser tydeligt, at landskabet er under forandring. Vi kan konstatere øget optøning, mindre sne i landskabet, længere vækstsæson, øget termokarstaktivitet (Boks 4.2) og de første tegn på, at dominerende vegetationstyper er på tilbagegang, mens andre vinder frem. Hele økosystemet er under forandring. Det vi ikke kender, er det sæt af såkaldte feedback-mekanismer, som måske får afgørende betydning for en evt. opbremsning eller accelerering af ændringerne. Vi kan konstatere, at det er de mest eksponerede områder med rypelyng, der i dag varmer hurtigst op (omkring 9 cm dybere optøning over de sidste 10 år, Fig. 4.7). Men det er samtidig de områder, hvor Figur 4.7 Et af de felter hvor GeoBasis hvert år måler den maksimale dybde til permafrosten sidst på sommeren. Den indsatte graf viser udviklingen af den maksimale dybde til permafrosten de sidste 10 år for henholdsvis en våd og en tør del af feltet. Det ses tydeligt, at dybden til permafrosten er størst i de tørre dele af landskabet. Foto: C. Sigsgaard. Dybde til permafrosten (cm) 0 20 40 60 80 100 Kær Rypelyng 1997 1999 2001 2003 2005 2007 Kær Rypelyng 50 Naturen og klimaændingerne i Nordøstgrønland

Figur 4.8 Modelforudsigelse af optøning af permafrost målt som den maksimale tykkelse af aktivlaget sidst på sommeren i de næste 100 år under forudsætning af de forventede klimaændringer. Modellens opløsningsgrad er 50 m, og den topografiske model har en ækvidistance på 20 m. Fra Academic Press. der er mindst kulstof begravet, og hvor en omsætning sker med fuld tilgang af ilt og dermed uden nævneværdig metanproduktion. At den øverste del af permafrosten vil smelte yderligere, er et sandsynligt scenarium. Med de gængse klimamodeller kan vi give et bud på, hvor meget tykkere aktivlaget vil blive de næste 100 år (Fig. 4.8). Det ses, at det netop er i Zackenbergdalens bund ved kærområderne, at de mindste stigninger i aktivlagets tykkelse kan forventes. Alligevel forventer vi, at det bliver den lidt langsommere opsmeltning af kærområderne (omkring 8 cm de sidste 10 år), som bliver den afgørende faktor for landskabets netto-drivhusgasbudget. Sker opsmeltningen i kærene samtidig med, at det bliver mere vådt, må vi forvente en stigning i frigivelsen af metan til atmosfæren. Hvis det derimod bliver mere tørt, er det sandsynligt, at en større andel af det metan, som bliver produceret, vil blive iltet til kuldioxid i de mere tørre og iltholdige jordlag ved overfladen. Dermed stiger måske nok den samlede mængde af kulstof, som frigives til atmosfæren, men drivhuseffekten i atmosfæren kan blive mindre, fordi andelen af metan falder. De foreløbige resultater fra Zackenberg tyder på, at vandstanden er faldende i kærområderne. En anden ubekendt faktor for effekten af permafrostoptøning er sammensætningen af permafrosten. De første permafrostboringer i Zacken berg blev udført i 2008. Analyserne viser, at permafrosten indeholder overraskende meget is (op til 80 % pr. volumen), hvilket betyder, at jordlagene fysisk vil falde sammen som resultat af en optøning. Desuden viser det sig, at smeltevandet indeholder høje koncentrationer af opløst kulstof og kvælstof, som kan forklare, hvorfor vi ser en overraskende høj produktion af drivhusgasser ved en optøning. Fremtidige målinger i både felten og i laboratoriet vil sandsynligvis give anledning til flere overraskelser og samtidig være en forudsætning for at kunne give et mere samlet billede af, hvordan et arktisk landskab som ved Zackenberg vil reagere på fremtidige klimaændringer. Naturen og klimaændingerne i Nordøstgrønland 51

Supplerende læsning Christoffersen, K.S. 2007: De ferske vandes økologi. Side 298-304 i Bruun, L., Kristensen, R.M., Nielsen, N., Pedersen, G.K. & Pedersen, P.M. (red.): Arktisk Station 1906-2006. Rhodos. Christensen, T.R., Friborg, T., Sommerkorn, M., Kaplan, J., Illeris, L., Soegaard, H., Nordstroem, C. & Jonasson, S. 2000: Trace gas exchange in a high arctic valley 1: Variations in CO 2 and CH 4 flux between tundra vegetation types. Global Biogeochemical Cycles 14: 701-714. Elberling, B. 2003: Seasonal trends of soil CO2 dynamics in a soil subject to freezing. Journal of Hydrology 276: 159-175. Elberling, B. 2005: Jordbund og klima på Grønland. Geografisk Orientering 4/2005. Elberling, B., Jakobsen, B.H., Berg, P., Soendergaard, J. & Sigsgaard, C. 2004: Influence of vegetation and water content on soil carbon distribution and mineralization in four high Arctic soils. Arctic, Antarctic and Alpine Research 36: 509-519. Forchhammer, M.C. 2001: Terrestrial Ecological Responses to Climate Change in the Northern Hemisphere. Side 219-236 i Jørgensen, A.M.K., Fenger, J. & Halsnæs, K. (red.) : Climate Change Research. Danish Contributions Danish Climate Centre, Danish Meteorological Institute. Forchhammer, M.C: & Post, E. 2004: Using large-scale climate indices in climate change ecology studies. Population Ecology 46: 1-12. Gilg, O., Hanski, I. & Sittler, B. 2003: Cyclic dynamics in a simple vertebrate predator-prey community. Science 302: 866 868. Hansen, J., Meltofte, H. & Høye, T.T. 2008: Population fluctuations in Rock Ptarmigan in high-arctic Greenland. Dansk Ornitologisk Forenings Tidsskrift 102: 319-324. Høye, T.T., Post, E., Meltofte, H., Schmidt, N.M. & Forchhammer, M.C. 2007: Rapid advancement of spring in the High Arctic. Current Biology 17: 449-451. Ims, R.A., Henden, J.-A. & Killengreen, S.T. 2008: Collapsing population cycles. Trends in Ecology and Evolution 23: 79-86. Jeppesen, E., Jensen, J.P., Jensen, C., Faafeng, B., Brettum, P., Hessen, D., Søndergaard, M., Lauridsen, T. & Christoffersen, K. 2003: The impact of nutrient state and lake depth on top-down control in the pelagic zone of lakes: study of 466 lakes from the temperate zone to the Arctic. Ecosystems 6: 313-325. Klaassen, M. 2003: Relationships Between Migration and Breeding Strategies in Arctic Breeding Birds. Side 237-249 i Berthold, P., Gwinner, E. & Sonnenschein, E. (red.): Avian Migration. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg. Mastepanov, M., Sigsgaard, C., Dlugokencky, E.J., Houweling, S., Ström, L., Tamstorf, M.P. & Christensen, T.R. 2008: Large tundra methane burst during onset of freezing. Nature 456: 628-630. Meltofte, H. (red.) 2002: Sne, is og 35 graders kulde. Hvad er effekterne af klimaændringer i Nordøstgrønland? TEMA-rapport fra DMU 41. Meltofte, H. 2006: Populations and breeding performance of divers, geese and ducks at Zackenberg, northeast Greenland, 1995-2005. Wildfowl 56: 129-151. Meltofte, H. 2008: Forskningsstation Zackenberg i Nordøstgrønland 10 års undersøgelser af klimaet, plante- og dyrelivet. Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet, 16 sider. Også på http://www2.dmu.dk/pub/div_mel_zack_dk.pdf Meltofte, H. (red.) 2008: Klimaændringerne: Menneskehedens hidtil største udfordring. Danmarks Miljøundersøgelser, Hovedland, 152 sider. Også på http://www2.dmu.dk/pub/mb13.pdf Meltofte, H. & Høye, T.T. 2007: Reproductive response to fluctuating lemming density and climate of the Long-tailed Skua Stercorarius longicaudus at Zackenberg, Northeast Greenland, 1996-2006. Dansk Ornitologisk Forenings Tidsskrift 101: 109-119. Meltofte, H. & Rasch, M. 2009: Forskningsstation Zackenberg i Nordøstgrønland. Historien 1991-2008. Tidsskriftet Grønland 57: 2-17. Meltofte, H., Christensen, T.R., Elberling, B., Forchhammer, M.C. & Rasch, M. (red.) 2008: High-Arctic Ecosystem Dynamics in a Changing Climate. Ten years of monitoring and research at Zackenberg Research Station, Northeast Greenland. Advances in Ecological Research 40, Academic Press. 126 Naturen og klimaændingerne i Nordøstgrønland

Meltofte, H., Piersma, T., Boyd, H., McCaffery, B., Ganter, B., Golovnyuk, V.V., Graham, K., Gratto- Trevor, C.L., Morrison, R.I.G., Nol, E., Rösner, H.-U., Schamel, D., Schekkerman, H., Soloviev, M.Y., Tomkovich, P.S., Tracy, D.M., Tulp, I. & Wennerberg, L. 2007: Effects of climate variation on the breeding ecology of Arctic shorebirds. Meddelelser om Grønland, Bioscience 59. Petersen, H., Meltofte, H., Rysgaard, S., Rasch, M., Jonasson, S., Christensen, T.R., Friborg, T., Søgaard, H. & Pedersen, S.A. 2001: The Arctic. Side 303-330 i Jørgensen, A.M.K., Fenger, J. & Halsnæs, K.: Climate Change Research. Danish Contributions. Danish Climate Centre, Danish Meteorological Institute. Rasch, M. (red.) 2000: Zackenberg Station en platform for højarktisk økologisk forskning i Nordøstgrønland. Kaskelot 127. Rysgaard, S. & Glud, R.N. (red.) 2007: Carbon cycling in Arctic marine ecosystems: Case study Young Sound. Meddelelser om Grønland, Bioscience 58. Schmidt, N.M., Berg, T.B. & Jensen, T.S. 2002: The influence of body mass on daily movement patterns and home ranges of the collared lemming (Dicrostonyx groenlandicus). Canadian Journal of Zoology 80: 64-69. Ström, L., Ekberg, A., Mastepanov, M., Christensen, T.R. 2003: Species-specific effects of vascular plants on carbon turnover and methane emissions from a tundra wetland. Global Change Biology 9: 1185-1192. Tamstorf, M.P., Illeris, L., Hansen, B.U. & Wisz, M. 2007: Spectral measures and mixed models as valuable tools for investigating controls on land surface phenology in high arctic Greenland. BMC Ecology 7(9): 1-16. Thing, H. & Rasch, M. 2000: Forskningsstation Zackenberg. Side 186-189 i Jakobsen, B.H., Böcher, J., Nielsen, N., Guttesen, R., Humlum, O. & Jensen, E. (red.): Topografisk Atlas Grønland. Det Kongelige Geografiske Selskab & Kort og Matrikelstyrelsen, C.A. Reitzels Forlag. Hjemmeside www.zackenberg.dk Under Publications findes som PDF-filer en lang række populærvidenskabelige artikler og bøger om arbejdet ved Zackenberg. Forskernes arbejde ved Zackenberg siden 1998 kan endvidere følges i ugentlige feltberetninger på dansk, som findes under News. Naturen og klimaændingerne i Nordøstgrønland 127