Arktiskt landskap på Herschel Island med olika slags tundratyper. Längst upp till vä. syns en iskil
Arktiskt landskap på Herschel Island med olika slags tundratyper. Foto: Gustaf Hugelius.


Bildandet av speciella landformer genererar en unik rumslig variation av organiskt markkol

I permafrostregionen, den del av Arktis där marken är frusen året, har jorden unika egenskaper. De låga temperaturerna har gjort att stora mängder organiskt kol ansamlats i marken. Samtidigt har årtusenden av säsongsbunden frysning och upptining lett till bildandet av särskilda periglaciala landformer som bara förekommer i dessa kalla miljöer.

I den vetenskapliga artikeln i Global Biogeochemical Cycles visar postdoktor Matthias Siewert (disputerade i naturgeografi 2015 på Stockholms universitet) nu på Umeå universitet och kollegor från Stockholms universitet, Alfred-Wegener-institutet i Tyskland och universitetet i Wien i Österrike hur bildandet av dessa landformer genererar en unik rumslig variation av organiskt markkol i permafrostregionen.

Forskarna tittade på ett stort antal jordar för att undersöka hur olika de var i olika rumsliga skalor, från centimeter- till landskapsnivå. Fältdata samlades in på Herschel Island utanför den kanadensiska kusten i Arktiska havet.

Teamet visar att på centimeter- till meterskala orsakar en jordprocess som kallas kryoturbation bildandet av små landformationer som jordtuvor, osorterade cirklar och liknande strukturmark.

Kryoturbation innebär att markmaterial rör sig som svar på årlig frysning och upptining av jorden. Denna process är långsam och det tar årtionden att flytta material mer än några centimeter. Men under tusentals år blandas och sorteras materialet i marken dramatiskt.

Iskilar på Herschel Island. Matthias Siewert
Iskilar på Herschel Island. Foto: Matthias Siewert.


På skalor från meter till tiotals meter, orsakas variationen i dessa jordar av en annan landform som kallas iskilar. Dessa bildas under kalla vintrar när marken fryser och dras ihop och lämnar meterdjupa sprickor i marken som fylls av snö och vatten. Med tiden ackumuleras detta vertikalt och bildar kilformade iskroppar som bildar ett månghörnigt mönster som är synligt ur ett fågelperspektiv. Bildandet av dessa iskilar bidrar till en ytterligare ökning av den rumsliga variationen av organiskt markkol och markis. Slutligen förändras marken också över hundratals meter längs sluttningar, när permafrost tinar i stor skala eller när dalar bildas.

Permafrostjord är bland de mest varierande markerna på jorden

– Det viktigaste med denna studie är att poängtera att permafrostjord är bland de mest varierande markerna på jorden. Detta måste beaktas när man kartlägger och förutsäger potentiell återkoppling av permafrostregioner i den globala koldioxidcykeln, säger Matthias Siewert, postdoktor på Institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap vid Umeå universitet.

Studier över hela Arktiska permafrostregionen och på Tibetanska platån

Den andra artikeln som är publicerad i Science Advances representerar ett stort övergripande arbete för att bättre förstå markens variation i mängden organiskt kol över hela den Arktiska permafrostregionen och på Tibetanska platån.

Forskarna, däribland Matthias Siewert, skapade statistiska modeller baserade på en stor mängd jordprofiler och kunde identifiera vilka faktorer som styr fördelningen av organiskt markkol över området.

Studien ger en första helt pixelbaserad uppskattning av organiskt markkol i regionen. Forskargruppen som leddes av Umakant Mishra från Sandia National Laboratory i USA uppskattar att 1 014 petagram organiskt kol (ett petagram är en miljard ton!) lagras i de tre översta meterna av markens permafrost.

Den totala mängden är mycket nära tidigare uppskattningar, men den nya bedömningen visar att mer kol lagras inom en meter från ytan och är därmed mer utsatt för den globala uppvärmningen.

Upptäckt som kan förbättra klimatmodeller

Upptäckten kan bidra till att förbättra modelleringen av permafrostpåverkade markers svar på klimatförändringar.

– De två studierna kompletterar varandra. Den ena visar att permafrostjordar är oerhört variabla på centimeter- till landskapsskala. Den andra studien plockar upp landskapsskalan och kartlägger lagringen av organiskt markkol med en rumslig upplösning på 250 meter från satellitdata för hela permafrostregionen. Tillsammans betonar studierna variationen i organiskt markkol i regionen och att det är mycket mer uttalat än i varmare klimat,” säger Matthias Siewert.

Fokusera på nya typer av modeller som kan simulera olika typer av landformer

- De här studierna belyser de unika egenskaperna hos mark som påverkas av permafrost. För att komma framåt behöver vi använda den nya kunskapen till att förbättra projektioner av hur tinande permafrost kommer påverka framtida klimatförändringar. Det innebär att vi bör fokusera på nya typer av modeller som kan simulera olika typer av landformer, säger Gustaf Hugelius, Institutionen för naturgeografi och Bolincentret för klimatforskning vid Stockholms universitet och en av medförfattarna.

Vetenskapliga artiklar

1. Siewert, M. B., Lantuit, H., Richter, A., & Hugelius, G. (2021). Permafrost causes unique fine-scale spatial variability across tundra soils. Global Biogeochemical Cycles, 35, e2020GB006659. https://doi.org/10.1029/2020GB006659

2. Mishra, U., Hugelius, G. Shelev, E., Yang, Y., Strauss, J. Lupachev, A., Harden, J.W., Jastrow, J.D., Ping, C.-P., Riley, W. J., Schuur, E. A. G., Matamala, R., Palmtag, J., Kuhry, P., Treat, C.C., Zubrzycki, S., Hoffmanm, F., Elberling, B., Camill, P., Veremeeva, A., Orr, A. (2021). Spatial heterogeneity and environmental predictors of permafrost region soil organic carbon stocks. Science Advances, 7, eaaz5236. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz5236