Meer dan een derde van het Arctisch-boreale gebied verandert van CO₂-sink in bron

Kaart van het studiegebied in de arctisch-boreale zone die boreale bossen, toendra en permafrostgebied weergeeft.

Na duizenden jaren als een koolstofdiepvriezer voor de planeet, hebben regionale hotspots en steeds frequentere bosbranden in de noordelijke breedtegraden bijna de kritische opslagcapaciteit in het permafrostgebied tenietgedaan, volgens een studie gepubliceerd in Nature Climate Change.

Een internationaal team, onder leiding van het Woodwell Climate Research Center, ontdekte dat één derde (34%) van de arctisch-boreale zone (ABZ)—de boomloze toendra, boreale bossen en wetlands die de noordelijke breedtegraden van de aarde vormen—nu een bron van koolstof voor de atmosfeer is. Dit saldo is samengesteld uit koolstofdioxide (CO2) opname door fotosynthese van planten en CO2 die vrijkomt in de atmosfeer door microbiale en plantrespiratie. Wanneer de emissies van brand worden toegevoegd, groeit het percentage tot 40%.

De bevindingen vormen de meest actuele en uitgebreide beoordeling van koolstoffluxen in de ABZ tot nu toe. Gebaseerd op een bibliotheek van CO₂-gegevens die vier keer zo groot is als eerdere opschalingsinspanningen, verzameld van 200 studie locaties van 1990–2020, vangt de analyse zowel de dynamiek gedurende het jaar als belangrijke recente verschuivingen in het klimaat en de brandregimes in het noorden die het koolstofevenwicht in het noorden hebben veranderd.

Animatie van terrestrische CO2-fluxen in de arctisch-boreale zone per maand, 2001–2020.

“We wilden het meest actuele en uitgebreide beeld van koolstof in het noorden ontwikkelen, en daarvoor wisten we dat we de groeiende koolstofvoetafdruk van brand in deze regio moesten meenemen,” zei Dr. Anna Virkkala, een onderzoekswetenschapper bij het Permafrost Pathways-initiatief van Woodwell Climate en hoofdauteur van de studie. “Hoewel we ontdekten dat veel noordelijke ecosystemen nog steeds fungeren als koolstofdioxidesink, zijn brongebieden en branden nu veel van die netto-opname aan het tenietdoen en keren ze langdurige trends om.”

De studie is een robuuste registratie van hoe land in de noordelijke breedtegraden ‘ademt’—het meet de gassen die het vrijgeeft en die het uit de atmosfeer opneemt. Gegevens worden verzameld bij koolstoffluxmonitoringstorens en -kamers, die de gasuitwisseling tussen het land en de atmosfeer volgen. Deze gegevens worden opgeslagen en geanalyseerd in een uitgebreide en groeiende bibliotheek genaamd “ABC Flux,” waar Virkkala de leiding over heeft. “Opschaling” verwijst naar het proces waarbij deze individuele metingen op locatie worden samengevoegd met klimaat-, bodem- en vegetatieregisters om levende kaarten te maken van de anders onzichtbare uitademingen en inademingen van de aarde.

Door maandelijkse registraties over drie decennia te volgen, helpt de studie in Nature Climate Change de “waarom” achter de trends te illustreren: bijvoorbeeld, de opname van koolstof in de zomers is in de afgelopen 30 jaar toegenomen, maar er komt meer koolstofemissie vrij uit de toendra tijdens de maanden waarin er geen groei is.

Een ander voordeel dat deze studie biedt, is de relatief hoge resolutie—1 km x 1 km voor 2001–2020—waardoor de onderzoekers de “waar” van deze trendlijnen kunnen in kaart brengen.

Gemiddeld terrestrisch CO2-saldo van 2001–2020 op basis van een synthese van veldmetingen en machine learning-modellen.

“De hoge resolutie van deze gegevens betekent dat we nu kunnen zien hoe variabel de Arctis is als het gaat om koolstof,” zei Dr. Sue Natali, co-auteur van de studie en leider van Permafrost Pathways bij Woodwell Climate.

“Die variabiliteit is niet verrassend omdat de Arctis niet één enkele plaats is—het is een enorm gebied met diverse ecosystemen en klimatologische omstandigheden. En nu hebben we de mogelijkheid om koolstofprocessen te volgen en in kaart te brengen op een ruimtelijke resolutie die kan onthullen wat er op de grond gebeurt.”

“We zien dat langere groeiseizoenen en meer microbiele activiteit in de winter geleidelijk de koolstoftrajecten verschuiven,” zei Dr. Marguerite Mauritz, assistent-professor aan de Universiteit van Texas-El Paso en co-auteur van de studie. “Zeer samenwerkende inspanningen zoals deze zijn cruciaal om te begrijpen hoe verschuivende seizoensdynamiek en verstoringpatronen regionale en zelfs wereldwijde gevolgen kunnen hebben.”

De nieuwste bevindingen voegen zich bij een groeiende verzameling recente studies die laten zien hoe de koolstofbegrotingen in het Noorden veranderen na de historische rol van de regio als een sink. Terwijl deze studie zich richtte op CO₂-fluxen op het land, hebben andere recente resultaten die CO2- en methaan (CH4) emissies uit meren, rivieren en wetlands tellen ook aangetoond dat het permafrostgebied een koolstofbron is.

Gemiddeld terrestrisch CO2-saldo van 2001–2020 op basis van een synthese van veldmetingen en machine learning-modellen.

Maar de recente verzameling van opschalingsresultaten vertelt vergelijkbare verhalen: namelijk dat de trendlijnen in de noordelijke breedtegraden beginnen te draaien, en een warmer, groener Arctis vertaalt zich niet betrouwbaar naar meer koolstofopslag daar—in deel omdat warmer betekent dat er emissies uit het permafrost ontdooien en groener, meer koolstof om te verbranden. Bijvoorbeeld, de studie ontdekte dat terwijl 49% van de ABZ-regio “groening” ervoer—waarbij langere groeiseizoenen en meer vegetatie betekenen dat er meer koolstof kan worden gefotosynthetiseerd en opgeslagen—slechts 12% van die groene pixels op de kaart een jaarlijkse toenemende netto-opname van CO2 vertoonden.

“De koolstofcyclus in het permafrostgebied begint echt te veranderen,” zei Virkkala. “Onze studie kan dienen als een waarschuwingssignaal voor grotere veranderingen in de toekomst, en biedt een kaart van plaatsen die we in de komende decennia beter moeten monitoren.”