Vintern i Arktis är lång och kall. Men även då, när marken är täckt av snö, kan aktiva växter och mikroorganismer bidra till utsläpp av växthusgaser som påverkar vårt klimat. De här processerna undersöker forskare i ett projekt som sträcker sig från molekylär analys till storskalig modellering med hjälp av drönarbilder.
Projektanslag 2020
Year-round climate feedbacks of winter phenological (mis)matches of plants and microbes across the Arctic
Huvudsökande:
Ellen Dorrepaal, docent
Medsökande:
Umeå universitet
Johan Olofsson
Sveriges lantbruksuniversitet
Karina Engelbrecht Clemmensen
Sara Hallin
Lärosäte:
Umeå universitet
Beviljat anslag:
28,9 miljoner kronor under fem år
I Arktis – hav- och landområdet närmast Nordpolen – är vintern lång, mörk och kall. Snön ligger länge som ett täcke över landskapet.
Men allt sover inte. Under det isolerande snötäcket pågår saker, saker som kan påverka vårt klimat.
Där fortsätter nämligen växter och mikroorganismer att vara aktiva; att ta upp näring och bryta ned organiskt material. Dessa processer kan leda till att det bildas växthusgaser som avges till atmosfären.
Men eftersom forskningen i Arktis mest har bedrivits under sommaren, är kunskapen om det begränsad.
– Idag vet vi inte hur aktiva organismerna är under vintern eller vad som driver de här processerna. Därför saknar vi viktig kunskap för att kunna förutsäga vad som händer med klimatet, både här i Arktis och globalt, säger Ellen Dorrepaal.
Ellen Dorrepaal leder ett forskningsprojekt som försöker fylla den kunskapsluckan, genom att undersöka aktiviteten hos växter, svampar och bakterier under vintern i Arktis.
Arktis är en viktig plats eftersom klimatförändringarna leder till stora temperaturökningar här, speciellt under vintern. Det kan få stora konsekvenser i ett landskap där snö och frost är vanliga inslag.
– Om temperaturen går från minus till plus blir snö till regn och vatten, frusen jord tinar. Gränsen mellan fryst och tinat har stor betydelse för processerna i marken och växters fysiologi.
Krävande fältarbete
Huvuddelen av försöken görs i Abisko, 20 mil norr om polcirkeln i den svenska delen av Arktis. Här har Umeå universitet ett forskningscenter, Climate Impacts Research Centre, vid Abisko naturvetenskapliga station.
Att forska utomhus i Abisko på vintern är en utmaning. Marken är frusen, snön kan ligga meterdjup och utrustningen kanske inte klarar kylan. Det gäller att kunna ta prover i jorden utan att förstöra snötäcket, och på vårvintern att gräva fram växter under snön utan att exponera dem för solen.
– Men vi har redan testat flera av metoderna här de senaste åren, så jag är övertygad om att vi klarar det. Allt underlättas också av att vi bor här året runt och att vi kan ha forskare baserade här – blir det en snöstorm är det lätt för oss att ta proverna någon dag senare.
Följer kol och kväve
För att undersöka organismernas aktivitet mäter forskarna deras användning av näringsämnena kol och kväve. Det görs med hjälp av spårbara varianter av ämnena, så kallade isotoper. Kväveisotoper kan exempelvis sprutas ned i jorden på försöksplatserna. Efter en tid tar forskarna prover, för att i laboratoriet undersöka om kvävet har tagits upp av exempelvis växtrötter eller mikrober.
I projektet vill forskarna inte bara veta hur mycket växthusgaser de Arktiska ekosystemen släpper ut under vintern, utan också studera mekanismerna som ligger bakom. Till exempel kan kunskap om hur stor del av utsläppen som kommer från mikroorganismer respektive från växter, och hur det varierar under året, vara betydelsefull.
När mikroorganismer är aktiva kan till exempel deras nedbrytningsprocesser bilda koldioxid och kväve i olika former. Om växter är aktiva samtidigt kan de ta upp kvävet och använda det för att växa mer nästa sommar. Fotosyntesen, som förbrukar koldioxid, kompenserar då för koldioxiden som bildades under vintern.
Men om växterna inte är aktiva under vintern finns i stället risken att kvävet försvinner med markvattnet eller omsätts till växthusgasen dikväveoxid av andra mikroorganismer.
– Därför är vi intresserade av den tidsmässiga balansen, eller obalansen, mellan växters och mikroorganismers kol- och kväveprocesser. När och hur olika organismer är aktiva kan ha viktiga återkopplingar till klimatet.
Forskarna ska också följa sammansättningen av mikrober i jorden och deras aktivitet, genom att studera gener kopplade till viktiga kväveprocesser. De kommer också att öka eller minska snömängden på provplatser i landskapet, för att se hur mängden och tidpunkten när snön kommer påverkar organismernas aktivitet.
Visar vinterns betydelse
Forskarna kommer också att göra studier i andra delar av Arktis, exempelvis på Svalbard och i Alaska. Data från de olika provtagningsställena ska kombineras med högupplösta bilder tagna med drönare, som visar bland annat växtlighet och snöfördelning.
– Vi vill upptäcka skillnader och se om vi kan hitta faktorer som kan förutsäga om det kommer att vara hög aktivitet på en plats under vintern eller inte. Är det den lägsta temperaturen som avgör? Eller snödjup eller växtligheten?
Till sist ska all information sättas samman till en karta för hela Arktis. Här ska data som satelliter och andra forskare samlat in, till exempel om jordtyper, klimat och växter, kombineras med projektets nya kunskap om vad som driver aktiviteten i ekosystemen.
– Vi vill kunna säga hur stor betydelse vintern har för årsomsättningen av kol och kväve i hela Arktis, ge en siffra på det för olika ställen. Genom att skala upp vårt arbete till hela regionen kan andra använda våra resultat i sina klimatmodeller, så att de kan omfatta vintern på ett bättre sätt än idag.
Text Sara Nilsson
Bild Ellen Dorrepaal, Josefina Walz, Kaj Lynöe, Konstatin Gavazov, Matthias Siewert
