Ruttande kull förbättrar klimatmodellerna

Långtidsstudie leder till nya, förenklade ekvationer av kväveutsläpp från jord

Kull frisätter kväve under sönderdelning © William S. Currie
läsa högt

I bra tio år har de ruttit på olika platser runt om i världen, sopat lugnt bort: nätväskor med växtrester och blad. Men nu kan de hjälpa till att förbättra framtida klimatmodeller. Eftersom studien som nu publicerats i "Science" hjälpte forskare att mer exakt beräkna mängden kväve som frigörs från sådana nedbrytningsprocesser från jorden till atmosfären.

Mer än tre fjärdedelar av luften vi andas består av kväve, ett viktigt element som finns som en grundläggande byggsten i alla aminosyror och därmed alla proteiner i vår kropp. I jord omvandlas organiska kväveföreningar av bakterier till oorganiska former såsom ammonium eller nitrat, primära näringsämnen som är viktiga för växttillväxt. Samtidigt är både kväve- och kolcykler avgörande för klimatsystemet och därmed också för modellen som förutsäger klimatförändringar.

Kvävcykel avgörande för modeller

"När vi konstruerar datormodeller för att förutsäga framtida klimatförändringar spelar förmågan att exakt förutsäga kväve- och kolcykler en avgörande roll, " säger Whendee Silver, professor i ekosystemforskning vid University of California i Berkeley. Tillsammans med kollegor från Colorado State University har hon utvecklat ekvationer från de data som samlas in på 21 testplatser över hela världen, som beskriver de kemiska processerna som är involverade i processen. "I en värld av komplex biogeokemi, har vi upptäckt att denna grundläggande process för näringscykling av växter och mikrober faktiskt är relativt lätt, " sade forskaren.

De långsiktiga undersökningsplatserna inkluderade sju biomer, från tundra till tropisk regnskog, som täcker alla klimatzoner på jorden. Vid varje testplats fästes flera dussin nätpåsar fyllda med nålar, halm, lönnlöv eller gräsrötter till jorden och lämnades för att sönderdelas. Varje år tog forskarna bort några av påsarna för att studera framstegen och kemiskt analysera innehållet. Det visade sig att den dominerande drivkraften för kväveutsläpp från förfall beror direkt på den ursprungliga kvävehalten i kullen och materialets återstående massa.

Ekvationer överraskande enkla

"Oavsett om det är varmt eller kallt, vått eller torrt, fungerar ekvationerna alltid", förklarar Silver. "Studien belyser det faktum att det finns en grundläggande fysiologisk begränsning för mikrober som kontrollerar kväveutsläpp under nedbrytning. Endast genom en så storskalig, långsiktig studie som denna insåg vi hur enkla dessa processer egentligen är. "Display

"Det viktigaste med denna studie är att vi härledde en global lag som beskriver och förutsäger graden av sönderfall av avfall och frigöring av kväve från jorden, " förklarar William Parton, En ekolog vid Colorado State University. Det finns många globala näringscykelmodeller, men modellen vi har utvecklat är baserad på bara två parametrar och är därför mycket mer elegant, men mer allmänt tillämpbar än de ekvationer som hittills använts.

Slutsats också om kolcykeln

Studien kanske emellertid inte bara beskriver utsläpp av kväve mer exakt i framtiden, utan kan också möjliggöra slutsatser om den andra viktiga faktorn, kol. Diskussionen handlar om hur mycket värmen som genereras genom uppvärmningen också kommer att orsaka ökad frisättning av kol från ekosystemen, förklarar Part Parton, Om du ökar nedbrytningshastigheten för kullen släpps mer koldioxid ut i atmosfären. Vår studie ger oss algoritmer för att bättre beräkna hastigheten för denna process under en rad miljöförhållanden.

Men det fanns ett område där den annars exakta modellen inte fungerar: "Torra gräsmarker passar inte in i modellen, eftersom kväveutsläpp styrs av exponering för UV-strålning", förklarar rt silver. Bladen sönderdelas snabbare än bara klimatet enbart och släpper därför snabbare kväve än modellen förutspår. Den mest troliga förklaringen till detta är att UV-strålning i dessa system hämmar andra hämmande biologiska processer.

(Colorado State University, 19.01.2007 - NPO)