Wallenberg Academy Fellows

Tinande permafrost påverkar vårt klimat

I de frusna markerna vid jordens poler finns stora mängder kol lagrade. När temperaturen blir varmare kan kolet frigöras som växthusgaser till atmosfären. Ellen Dorrepaal undersöker hur ekosystemen i Arktis påverkas av klimatförändringar och vilken betydelse det har för vårt framtida klimat.

Ellen Dorrepaal trycker ned en metallstav i den fuktiga myren. En dryg halvmeter ned tar det stopp. Staven har nått permafrosten, det marklager som ständigt är fruset, sommar som vinter.

Vad som händer med permafrosten, exempelvis här i Abisko 20 mil norr om polcirkeln, har stor betydelse för klimatet på jorden.
Under lång tid har kol från förmultnande växter byggts upp i marken vid jordens poler, eftersom kylan gör nedbrytningen långsam. Men när klimatet blir varmare tinar de frusna jordarna. Den enorma mängd kol som finns lagrad i marken kan då frigöras och läcka ut som växthusgaserna koldioxid och metan. Det kan få till följd att uppvärmningen förstärks - där ett varmare klimat gör att marken ger ifrån sig mer växthusgas, vilket gör klimatet ännu varmare.

Dessa processer undersöker Ellen Dorrepaal i sin forskning. Hon var en av dem som först dokumenterade hur mycket kol som läcker från tinande permafrost, resultat som publicerades i tidskriften Nature 2009.

– Vi har visat att upptiningen leder till att koldioxid frigörs, nu undersöker vi närmare hur det går till. Vi vill se vad som händer med ekosystemet – växter, mikrober och jorddjur – när permafrosten tinar och hur det påverkar klimatet, säger hon.

Kameror följer växtrötter

På en myr med de storslagna Abiskofjällen i bakgrunden visar hon några av forskargruppens fältförsök. Vid ett antal provtagningsplatser har långa genomskinliga rör förts ned i marken. Med en kamera i rören undersöker forskarna rötterna hos växterna som lever i marklagret ovanför permafrosten, det så kallade aktiva lagret bestående av torv.

För att simulera ett varmare klimat används snöstaket, utplacerade av forskare vid Lunds universitet, som fångar upp snön och skapar ett isolerande täcke över provtagningsplatserna. När permafrosten tinar av värmen frigörs näringsämnen, vilket gör att växtrötterna kan växa djupare ned mot det frusna marklagret. Rötterna utsöndrar i sin tur kol, vilket kan öka frisättningen av koldioxid från marken till atmosfären, berättar Ellen Dorrepaal.

 – Tillskottet av kol från rötter kan ha stor inverkan, men hittills har växternas roll inte undersökts så mycket, säger hon.

I laboratorierna undersöker forskarna jord från provtagningsplatserna. De studerar bland annat hur upptiningen påverkar mikroorganismer och näringsämnen samt hur nedbrytningen av kol i marken påverkas när nytt kol tillsätts.
I gruppen ingår forskare med kompetens från olika vetenskapliga discipliner för att kunna studera hur ekosystemets delar samverkar.

Miniväxthus kollar trädgränsen

På utvalda platser i naturen runt Abisko har forskarna placerat ut låga växthus. De saknar tak eller golv, men innanför väggarna blir temperaturen ett par grader högre än omgivningen. Växthusen ingår i undersökningar av hur ett varmare klimat påverkar trädgränsen – gränsen där skog övergår i fjäll eller annan kalmark.

– Tidigare studier har visat att trädgränsen flyttar sig högre upp på fjällen när klimatet blir varmare. Men det gäller inte överallt. Vi försöker förklara hur det kommer sig, genom att undersöka vilken effekt ett varmare klimat har på växtligheten där träden ska etablera sig, säger Ellen Dorrepaal.

Växthusen har ställts på marker med olika typer av mossa, den dominerande växtligheten ovanför trädgränsen, och i dem planterats björk- och tallplantor vars tillväxt forskarna följer. De undersöker också vilka egenskaper hos mossor som påverkar hur plantorna trivs.

Långt från Amsterdam

Hos Ellen Dorrepaal väcktes intresset för naturen när hon växte upp på landsbygden utanför Amsterdam. Hon läste biologi vid universitetet i Utrecht och tillbringade redan då några månader i Abisko. Som doktorand och postdoktor vid VU universitet Amsterdam genomförde hon försök här under somrarna.

Sedan 2010 bor Ellen Dorrepaal i Abisko året runt. Hon forskar vid enheten Climate Impacts Research Centre vid Umeå universitet som bedriver sin verksamhet här. Visst är hon långt ifrån familjen och vännerna i Amsterdam, men hon trivs.

– Abisko är väldigt dynamiskt för att bara ha 120-150 invånare. På forskningsstationen arbetar människor från olika länder och inom turistnäringen många unga. Stämningen är öppen och det är lätt att träffa nya människor, säger hon.

För forskningen är det också viktigt att bo här året runt, anser hon. Inte minst med tanke på vinterns effekt på naturen – som vid vilken tidpunkt snön lägger sig, hur isig den är eller om lämlar gräver gångar i den.

–"Tack vare utnämningen till Wallenberg Academy Fellow kan jag bygga upp min forskningsgrupp mer strategiskt. Jag kan rekrytera forskare med kompetens från olika discipliner för att integrera kunskap om olika delar av ekosystemen och tackla de frågor jag vill undersöka."

– Det är viktiga faktorer att känna till för att tolka våra data. Många som studerar hur klimatförändringar påverkar ekosystem bortser från vintern för mycket, säger Ellen Dorrepaal.

Att vintrarna är långa och mörka stör henne inte.

– Vi åker mycket skidor, det gillar jag. Och på sommaren är det ju ljust hela tiden.

Text Sara Nilsson
Bild Magnus Bergström