En de boosdoeners zijn hongerige, ijzer-verorberende microben…

De aarde warmt op. En dat is slecht nieuws voor permafrost; een normaliter permanent bevroren laag aarde. Stijgende mondiale temperaturen zorgen er namelijk voor dat bevroren Arctische permafrost dooit. Hierdoor komt er methaan en koolstofdioxide vrij, dat er al voor duizenden jaren in opgeslagen zat. In klimaatmodellen is hier al rekening mee gehouden. Maar mogelijk is de hoeveelheid CO2 die vrijkomt door dooiend Arctisch permafrost onderschat. Want waar onderzoekers niet aan hebben gedacht, is aan hongerige, ijzer-verorberende bodemmicroben.

CO2
Zoals gezegd zit er in Arctisch permafrost heel veel koolstof gevangen. De hoeveelheid koolstof die in het permafrost opgesloten zit, wordt geschat op vier keer zoveel als de gecombineerde hoeveelheid CO2 die moderne mensen hebben uitgestoten. Het is dan ook niet voor niets dat wetenschappers zich zorgen maken. Want wanneer alle broeikasgassen die het permafrost herbergt een weg naar onze atmosfeer weten te vinden, zou dat dus een enorme impact hebben op ons mondiale klimaat.

Studie
Wetenschappers proberen dan ook al enige tijd de processen achter de dooi beter te doorgronden. En in een nieuwe studie reisden onderzoekers hiervoor af naar het Zweedse natuurreservaat Stordalen Mire. “Het dooien van het permafrost is één van de grootste verhalen van deze tijd,” zegt onderzoeker Monique Patzner in een interview met Scientias.nl. “Wat er gaande is, is geen toekomstige zorg. We ondervinden het al aan den lijve. De permafrost in ons onderzoeksgebied zal tegen 2050 naar verwachting volledig verdwenen zijn. Elk jaar, zelfs tussen de seizoenen in, zien we veranderingen en instortingen in het veld, veroorzaakt door het verlies van permafrost. Dit betekent dat de transformatie heel rap gaat.”

Ondertussen in Alaska
Niet alleen in Zweden smelt permafrost weg. Ook in Alaska zien wetenschappers permafrost dooien. Dat komt omdat het in Alaska een stuk regenachtiger is geworden. Sterker nog, De Amerikaanse staat beleeft de regenachtigste vijf jaar op rij ooit. In plaats van sneeuw, komt er dus regen naar beneden zetten. En dat is behoorlijk verontrustend. Want de regen zorgt ervoor dat er steeds meer permafrost verdwijnt. Daarnaast hebben ook ijverige bevers een vinger in de pap. Hoe? Gewapend met hun scherpe tanden bouwen de bevers van struiken en bomen dammen, waardoor er kleine poeltjes ontstaan die uitgroeien tot nieuwe meren die soms wel een paar hectare omvatten. En dat gaat rap. In slechts vijf jaar tijd hebben bevers woonachtig in noordwest-Alaska 56 nieuwe meren gecreëerd. Ook al bestaande meren dijen door toedoen van de bever uit. En dat gaat ten koste van kwetsbaar permafrost. Het water is namelijk warmer dan de omringende grond. En dus kunnen deze meren en vijvers de dooi van permafrost versnellen.

Hoewel dat al verontrustend genoeg is, zijn de onderzoekers er nu achtergekomen dat we mogelijk de hoeveelheid CO2 die vrijkomt door dooiend Arctisch permafrost hebben onderschat. In feite kan er zelfs veel meer CO2 vrijkomen dan onze worstcase-modellen hebben voorspeld. En dat komt volgens de onderzoekers omdat we geen rekening hebben gehouden met hele actieve bodemmicroben. Onderzoekers zijn zich al wel langer bewust dat micro-organismen een sleutelrol spelen bij het vrijkomen van CO2 als permafrost smelt. Als reactie op de stijgende temperaturen worden microben in de grond namelijk wakker en beginnen organisch materiaal dat jarenlang in het permafrost lag opgeslagen, af te breken. Daarbij komt CO2 en methaan vrij. Maar onderzoekers hebben nu ontdekt dat bodemmicroben mogelijk een nóg grotere rol spelen dan gedacht.

Nieuwe ontdekking
Men veronderstelde dat het mineraal ijzer koolstof bindt, zelfs als permafrost dooit. Maar onderzoekers uit de nieuwe studie hebben ontdekt dat hongerige microben die zich verschuilen in de Arctische bodem, het vermogen van ijzer om koolstof vast te houden, uitschakelen. “Bevroren grond heeft een hoog zuurstofgehalte, waardoor de ijzermineralen stabiel blijven en koolstof zich aan kan binden,” legt onderzoeker Carsten Müller uit. “Maar zodra het ijs smelt en in water verandert, daalt het zuurstofgehalte en wordt het ijzer instabiel. Tegelijkertijd geeft het ijs toegang tot bacteriën. En die gebruiken vervolgens de ijzermineralen als voedselbron. Terwijl ze eten, worden de bindingen die koolstof bevatten vernietigd en komt het vrij in de atmosfeer als broeikasgas.” Het zijn verontrustende bevindingen. Want de hoeveelheid extra koolstof die kan vrijkomen – en momenteel nog gevangen en gebonden is door het ijzer – wordt geschat op circa twee tot vijf keer de hoeveelheid koolstof die jaarlijks vrijkomt door antropogene emissies van fossiele brandstoffen. “Dit betekent dat we een grote nieuwe bron van CO2-uitstoot hebben gevonden die in klimaatmodellen moet worden opgenomen en nader bestudeerd moet worden,” aldus Müller.

Vragen
Hoewel de onderzoekers slechts één moerasgebied in het Noord-Zweedse Abisko hebben bestudeerd, besloten ze hun resultaten te vergelijken met gegevens uit andere delen van het noordelijk halfrond. En daaruit blijkt dat de nieuwe resultaten mogelijk ook van toepassing zijn op andere permafrost-gebieden. Het is behoorlijk zorgelijk. Al is er ook nog een hoop dat we niet weten. Hoewel koolstof opgeslagen in duizenden jaren oud permafrost een grote impact heeft op ons wereldwijde klimaat, weten onderzoekers eigenlijk nog heel weinig over de mechanismen die bepalen of koolstof in de bodem wordt omgezet in broeikasgassen. Het merendeel van het klimaatonderzoek in het noordpoolgebied richt zich op de hoeveelheid opgeslagen koolstof en hoe gevoelig deze is voor klimaatverandering. Er is veel minder aandacht voor de diepere mechanismen die koolstof in de bodem vasthouden. “De vraag blijft bijvoorbeeld of de vrijkomende koolstof door permafrost-dooi echt wordt uitgestoten als broeikasgasemissies, of opnieuw wordt opgeslagen, bijvoorbeeld in toenemende biomassa,” zegt Patzner. Ook weten we niet precies welke micro-organismen de boosdoeners zijn. “Welke microben het ijzer verorberen en zo de bijbehorende organische koolstof vrijgeven, is momenteel de focus van onze lopende onderzoeken,” gaat Patzner verder. “Ook is het heel belangrijk om de hoeveelheid ijzer in diepere lagen, de hoeveelheid koolstof gebonden aan reactieve ijzermineralen in de talrijke permafrost-gebieden en de biologische beschikbaarheid van deze koolstof na het vrijkomen ervan verder te bepalen.”

Al met al laat dit onderzoek wederom de complexe mechanismen van onze aarde zien. “Dankzij de studie krijgen we een beter begrip van de ingewikkelde processen die plaatsvinden in deze complexe permafrost-gebieden,” zegt Patzner. “Dit is van fundamenteel belang om de snelheden van broeikasgasemissies zoals kooldioxide en methaan te bepalen, wat nodig is om betere voorspellingen te doen over klimaatverandering.” Het betekent bovendien dat de kans groot is dat we onze huidige klimaatmodellen moeten herzien. En dat door hele kleine microben die ver onder onze voeten, zich hongerig te goed doen aan hun omgeving.