Projektanslag

Forskning kring jordens kol bryter ny mark

Kolet i atmosfären talar vi mycket om, liksom det i havet. Men kolet i marken då? Trots att växthuseffekten påverkas av hur mycket av markens kol som lagras respektive frigörs, så är processerna bakom till stora delar okända. En tvärvetenskaplig grupp i Lund analyserar nu frågan på molekylnivå.

Förna kallas det översta marklagret i en skog; kvistar, grenar och blad som fallit till marken och börjat brytas ner av svampar och bakterier. Först går nedbrytningen fort, men sedan bromsas den upp. En stor del av lagret blir liggande ganska oförändrat under lång tid. Eftersom allt biologiskt material innehåller kol betyder det här att en omfattande kollagring pågår i marken. Varför slutar nedbrytningen, och vad styr när den startar igen? De frågorna söker forskare i Lund svar på med hjälp av anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.

– Det här är ett grundvetenskapligt projekt inom ett ämnesområde av stort samhällsintresse. För klimatforskningens skull är det viktigt att hitta sätt att mäta kol i olika ekosystem och göra modeller för hur kolet kommer lagras i framtida klimat, säger Anders Tunlid.

Han är professor i mikrobiologisk ekologi och en av ledarna för projektet där man ska studera de molekylära processerna när förnan bryts ner eller stabiliseras.

Gammal teori var felaktig

Länge har biologer trott sig ha förklaringen till att nedbrytningen i marklagret stannar av: det bildas så kallade makromolekyler, stora molekyler av humus – en brun, halvt nedbruten massa av döda växtdelar.

– Det här står i varenda lärobok, och det bygger på studier man gjort där man extraherat material ur mark med hjälp av natriumhydroxid, säger Anders Tunlid.

På senare år har prover kunnat studeras på nya sätt, bland annat med så kallad synkrotronstrålning och NMR, kärnmagnetisk resonans. Det har kullkastat den gamla teorin. De stora, komplexa humusmolekylerna verkar ha uppstått som en följd av extraheringen och finns inte naturligt i marken. Det syns ingen tydlig kemisk skillnad mellan de markprover där nedbrytning pågår, och de där den avstannat.
De prover som inte bryts ner verkar istället präglas av att olika material klumpat ihop sig till aggregat som bundit till mineraler i marken, utan att bilda nya kemiska föreningar.

Forskargrupper bidrar med olika kunskaper

Forskarna i Lund ska studera aggregaten och bindningsytorna på flera sätt, bland annat med hjälp av synkrotronljus. Per Persson, ny professor i molekylär geokemi vid Lunds universitet, är ansvarig för de undersökningarna. Anders Tunlid är expert på bland annat genetiken hos svampar och vet vilka ämnen som uppstår när de bryter ner olika material i marken. I laboratoriet testar forskarna att tillsätta dessa ämnen i markprover för att studera effekten. Man vet redan att mikroorganismerna inte bara kan bryta ner materialet utan också på olika sätt stabilisera det.

I projektet ingår fysiker som kan analysera de stora datamängderna från undersökningarna, och systembiologer som bidrar med kunskap om genetiska data. I dag används sådana data bland annat inom delar av cancervården för att förutse hur patienters tumörer ska utvecklas. Kanske kan liknande metoder användas för att avläsa mikroorganismers aktivitet i markprover, och förutspå hur nedbrytningen av organiskt material kommer utvecklas.

Biomarkörer berättar om framtiden

Målet är att samköra information från mikroorganismernas gener med information från synkrotronljusundersökningen av materialet, och hitta så kallade biomarkörer – mätbara faktorer som talar om vilken frisättning av kol man kan vänta sig. Markörerna kanske finns i mikroorganismerna, i humusen, eller på båda ställena.

– Lyckas vi med detta har vi gjort något ofantligt stort, säger Anders Tunlid.

När man i dag planerar för olika typer av skogsåtgärder händer det att man mäter mängden kol i marken, men Anders Tunlid konstaterar att det är en väldig skillnad på olika sorters kol; sådant som är stabilt, och sådant som är på väg att frigöras. Området har inte beforskats så mycket förrän de allra senaste åren och mätmetoderna trubbiga. Om biomarkörerna blir verklighet kan vi använda dem både för att förutse vad som kommer att hända när väder och klimat förändras, och för att förändra skogsbruket.

– Om vi gödslar skogen växer träden mer och vi binder mer kol i växternas biomassa. Men om man vill påverka bindningen av kol så räcker det inte att beräkna trädens massa. Mängden kol i marken är mycket större, så vi måste veta vad som händer där också. Binds mer kol, eller stimulerar vi istället nedbrytningen och på så vis frisättningen av kolet? Det finns många experiment som man måste göra när man väl kan mäta detta.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström