Permafrost og lattergas
Lattergas (N2O) er 300 gange værre end CO2 i forbindelse med udslip af drivhusgasser i atmosfæren og har desuden betydning for nedbrydningen af ozonlaget. Kvælstof-gassen med det festlige navn har ikke haft en fremtræden plads i den offentlige debat om disse emner i forhold til de klorholdige CFC-gasser samt metan og kuldioxid (CO2). Men det vender dugfriske forskningsresultater fra Københavns Universitet nu op og ned på. Forskningsresultaterne fra Nordøstgrønland dokumenterer for første gang, at permafrost under optøning kan give anledning til en overraskende høj produktion af lattergas i naturen og potentiel frigivelse til atmosfæren. Og hvis lattergassen frigøres i takt med varmere temperatur og nedbør i egne med permafrost, så står vi overfor en hidtil ukendt og vigtig komponent, hvad angår problemet med den globale opvarmning. Det er professor i miljøgeokemi Bo Elberling fra Institut for Geografi og Geologi, IGG, på Københavns Universitet, som står bag de opsigtsvækkende forskningsresultater. De offentliggøres nu i det internationalt anerkendte tidsskrift Nature Geoscience.
Nu er det slut med at trække på smilebåndet ved tanken om lattergas i Arktis. Nye studier med udgangspunkt i forskningsstationen Zackenberg i Nordøstgrønland viser, at når permafrosten tør, så kan der produceres overraskende store mængder af lattergas, som kan få betydning for både ozonlagets nedbrydning og atmosfærens indhold af drivhusgasser.
”Det har vist sig, at de overraskende resultater ikke bare gælder Zackenberg i Nordøstgrønland, men hele det arktiske område. Jeg har nemlig gemt prøver af permafrost fra tidligere undersøgelser fra fem andre lokaliteter. Og det viser sig, at disse indeholder tilsvarende høje koncentrationer af opløst kvælstof og har et tilsvarende potentiale for at producere lattergas. Formentlig ligger lokaliteten Zackenberg slet ikke i den høje ende af skalaen. Baggrunden for hele miseren er, at de mikroorganismer, som kan producere lattergas, tilsyneladende allerede findes i permafrosten. Oven i kan is-indholdet i permafrost være ganske betydelig og samtidig indeholde overraskende mængder af opløst kvælstof, som igen under nedbrydning kan omdannes til lattergas og i sidste ende frigøre til atmosfæren,” påpeger professor Bo Elberling.
Lattergas i ozonlaget og planteliv i det kolde nord
Siden år 1800 er atmosfærens indhold af lattergas steget markant. Ca. 70% skyldes en naturlig frigivelse fra mikroorganismers nedbrydning af kvælstof i jorden, mens de sidste 30% skyldes en mere direkte menneskelig aktivitet - primært intensivering af landbrugsdriften med mere gødning og flere dyr. Lattergas bidrager væsentligt til nedbrydning af ozon i den øverste del af atmosfæren (stratosfæren). I den nederste del af atmosfæren (troposfæren i 10 kms højde) er lattergas 300 gange værre end kuldioxid, CO2, som drivhusgas. Dette regnestykke skal sammenlignes med, at metangas - som i den store offentlighed har været anset som den helt store synder blandt drivhusgasser i atmosfæren - "kun" er 23 gange værre end CO2.
"De nye studier viser, at den naturlige produktion af lattergas i jordmiljøet i de arktiske egne potentielt kan nå et niveau, som hidtil kun er set i tropiske egne. Med andre ord så ligger der en hidtil ukendt begravet kvælstofpulje i den frosne jord i mange arktiske egne - specielt i kærområder. Denne store begravede pulje kan nemt omsættes til lattergas, fordi zonen med nyoptøet permafrost i fremtiden vil være udsat for betydelige variationer i vandindhold og frys-tø-forhold hvert år," siger professor Elberling.
En positiv historie
Forskningsresultaterne peger også på, at denne kvælstofpulje i nyoptøet permafrost kan være afgørende for, hvordan arktiske plantesamfund responderer på et varmere klima. Det skyldes, at kvælstof virker som gødning og dermed øger planternes vækst. Det betyder, at planterne bliver større og flere og derfor kan optage mere kulstof fra atmosfæren i fremtiden end hidtil antaget. I denne sammenhæng er det en positiv historie.
Optøningen af permafrostens øverste lag sker gradvis og øges gennemsnitligt hvert år med en hastighed på ca. en cm. Problemet med den naturlige produktion af lattergas i de kolde nordlige områder hænger i høj grad sammen med en vekselvirkning mellem frost og tø og udtørring af jorden i de varme måneder efterfulgt af nedbør.
Yderligere information: Professor Bo Elberling, Institut for Geografi og Geologi, Københavns Universitet, Øster Voldgade 10, 1350 København K. Mobil: 23 63 84 53, e-mail: be@geo.ku.dk
Faktabokse
Permafrost og kvælstof
Permafrost er jordlag og sedimenter, som forbliver frosne mere end 2 år i træk, mens aktivlaget er den øverste del af jordmiljøet, som tør hver sommer. I arktiske områder med såkaldt kontinuert permafrost kan tykkelsen af permafrosten være flere hundrede meter. Permafrosten indeholder store mængder af organisk stof, fordi puljen er opbygget over flere tusinde år. Puljen kan være særdeles stor, hvor gamle overfladelag med organisk materiale er blevet begravet af vind- eller vandaflejrede sedimenter. På den måde kan overfladenære lag med tiden blive en del af permafrosten. Dertil kommer, at puljen af organisk stof kun langsomt omsættes under de generelt kolde forhold i Arktis. Når permafrostlag tør er det veldokumenteret, at kulstof i organisk stof kan omsættes, og at disse omsætningsprocesser kan bidrage til en markant frigivelse af både kuldioxid og metan - to velkendte og problematiske drivhusgasser. Men undersøgelser af kvælstof mangler, bl.a. fordi tidligere studier har vist, at kvælstofomsætningen er ganske ringe i aktivlaget - men hvad med i permafrosten? I forbindelse med et større permafrostprojekt og et feltkursus for universitetsstuderende blev det muligt at indsamle permafrostprøver fra de øverste tre meter fra en række kontrastfyldte landskabstyper i Nordøstgrønland og Svalbard i august/september 2008. Der blev indsamlet prøver fra både aktivlaget samt underliggende permafrostlag. Det er disse prøver, som er blevet undersøgt deltaljeret, og som nu viser sig grundlæggende at stille spørgsmålstegn ved den gængse opfattelse af kvælstofkredsløbet knyttet til en fremtidig optøning af permafrostlag i Arktis. Det er vigtigt - ikke mindst fordi kvælstof regnes for at være en begrænsende faktor for plantevækst i Arktis og dermed en vigtig komponent til at forstå, hvordan planter vil kunne respondere med vækst på et varmere klima og højere koncentrationer af kuldioxid i atmosfæren.
Lattergas Arktis rundt
Resultaterne rejser det væsentlige spørgsmål, om den begravede pulje af kvælstof i permafrostlag kan ende som lattergas i atmosfæren i takt med at permafrosten tør. Dette vil dels afhænge af med hvilken hastighed permafrosten tør og ikke mindst, hvordan forholdet mellem nedbør, fordampning og dræning vil kunne give anledning til variationer i vandindholdet i jorden, som er en forudsætning for, at kvælstofpuljen kan ende som lattergas i atmosfæren. Et andet væsentligt spørgsmål er, hvilken rolle en øget kvælstofomsætning og nitratindhold i jordvandet vil få på vegetationsudviklingen. Det er velkendt, at de fleste plantesamfund i Arktis er kvælstofbegrænset, hvilket betyder at øget tilgængelighed af kvælstof kan betyde, at planterne gror hurtigere.
Hvor hurtig tør permafrosten?
Spørgsmålet om, hvor hurtigt permafrosten tør, kan vi vurdere ud fra observationer. Tykkelsen af aktivlaget er i Zackenberg blevet målt ved vækstsæsonens afslutning siden 1996, og disse målinger viser, at aktivlaget tykkelse øges med ca. 0,9 cm per år eller 11-13 cm siden 1996. Denne forøgelse af aktivlagtes maximale tykkelse er et bud på, hvor meget permafrosten som minimum er optøet. Det er et mimimumsbud, fordi et permafrostlag pga. dets indhold af is, typisk reduceres markant efter det er tøet og blevet en del aktivlaget. Et bud på, hvor hurtigt permafrosten vil tø i fremtiden, kan fås ved at nedskalere de modelforudsigelser omkring klimaudviklingen, som Danmark Meteorologiske Institut (DMI) har lavet for perioden frem til 2080 for hele Grønland. Disse modelresultater forudsiger et fremtidigt klima med en årlig sommer middeltemperatur på 2-3 grader varmere end i dag. Det vil alt andet lige betyde en øget optøning af permafroste. Birger Ulf Hansen (Institut for Geografi og Geologi) har brugt disse prognoser til at beregne, at det svarer til, at den maksimale tykkelse af aktivlaget i Zackenberg-området vil øges med 10-30 cm de næste 70 år. Variationen 10-30 cm knytter sig til, at en øget optøning er bestemt af jordtype - derunder i særlig grad vandindholdet. Den maksimale optøning forventes i de tørre jordtyper. Tilsvarende canadiske undersøgelser tyder på, at disse beregnede optøningsdybder i virkeligheden er i den lave ende.
Tiden vil vise i hvilket omfang dette fremtidsscenarie vitterlig vil give anledning til frigivelse af store mængder lattergas til atmosfæren. De nye resultater har vist, at forudsætningerne i princippet er til stede.