Artikkelit jotka sisältää sanan '13C'

Pohjoisen pallonpuoliskon ikiroudan alueet varastoivat noin 50 % maapallon maaperän hiilivaroista. Noin neljänneksen ikiroudasta on ennustettu sulavan vuosisadan loppuun mennessä ja sulaminen altistaa jäätyneet hiilivarat hajoamiselle, jolloin nämä varastot muuttuvat hiilen nieluista kasvihuonekaasulähteiksi. Suuri osa ikiroudan alueesta sijaitsee boreaalisella metsävyöhykkeellä, joka tällä hetkellä toimii merkittävänä hiilinieluna. Ilmastonmuutoksen myötä metsäpalot voivat kuitenkin yleistyä. Metsäpalot edesauttavat ikiroudan sulamista, jolloin nämä metsämaat muuttuvat hiilinieluista lähteiksi. 

Tässä väitöskirjassa tutkitaan, kuinka metsäpalot vaikuttavat maan orgaanisen aineksen laatuun ja kasvihuonekaasupäästöihin ikiroudan alueella. Tutkimustapoina on käytetty orgaanisen aineksen kemiallista fraktiointia, maainkubointeja ja kasvihuonekaasujen manuaalisia kammiomittauksia.

Tutkimuksissa havaittiin, että metsäpalot kasvattivat aktiivisen kerroksen (kausittaisesti sulava ja jäätyvä kerros) paksuutta ikiroudan päällä, muuttivat kasvillisuussuhteita, maan orgaanisen aineksen paksuutta ja hiilivarastoja. Palot huononsivat maan orgaanisen aineksen laatua, joka ilmeni helppoliukoisen orgaanisen aineksen suhteellisena vähentymisenä, ja nostivat orgaanisen aineksen lämpötilaherkkyyttä. Myös raskaampien isotooppien (¹³C ja ¹⁵N) suhteellinen osuus oli suurempi palon jälkeen. Kammiomittaukset osoittivat, että palo aluksi pienensi hiilidioksidipäästöjä ja nämä päästöt palasivat alkuperäiselle tasolleen noin 50 vuotta palon jälkeen. Sen sijaan metsäpaloilla ei ollut merkittävää vaikutusta metaani- ja dityppimonoksidivoihin.

Metsäpalot vaikuttavat kasvihuonekaasujen vapautumiseen ikiroudan maista. Tulevaisuudessa ikiroudan varastoiman orgaanisen aineksen kohtalo on riippuvainen sen hajoamisherkkyydestä, metsäpalojen esiintyvyydestä ja metsien uudistumiskyvystä, joka mahdollistaa ikiroudan uusiutumisen muuttuvassa ilmastossa. Kokonaisvaltaisen käsityksen muodostaminen ikiroudan ekosysteemien tulevista päästöistä vaatii lisätutkimuksia, jotka ottavat huomioon kunkin ekosysteemin erityispiirteet.

• Aaltonen, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: heidi.m.aaltonen@helsinki.fi

Tässä väitöskirjassa erilaisten maaperän orgaanisen aineen fraktioiden hajotuksen lämpötilaherkkyyttä tutkittiin laboratorioinkuboinneilla, joissa eri-ikäisen orgaanisen aineen hajotuksesta peräisin oleva hiilidioksidi (CO2) eroteltiin käyttäen 13C ja 14C isotooppeja. Eri ilmasto-olosuhteissa syntyneen orgaanisen aineen laatua, sen hajotuksen lämpötilaherkkyyttä ja hajotuksesta vastaavan mikrobiyhteisön rakennetta ja toimintaa tutkittiin vertaamalla toisiinsa maanäytteitä Etelä- ja Pohjois-Suomesta. Metsämaan orgaanista kerrosta siirrettiin pohjoisesta etelään, tarkoituksena mallintaa sitä, miten lämpenevä ilmasto muuttaa pinta-kasvillisuutta, maaperän mikrobistoa ja orgaanisen aineen hajotuksen lämpötilaherkkyyttä. Kaikkein nuorin, ja helpoimmin hajoava hiili ei ollut juurikaan lämpötilaherkkää, mikä kertoo siitä, että mikrobit pystyivät hyödyntämään sitä lämpötilasta riippumatta. Keskipitkällä aikavälillä, muutamien vuosien – vuosikymmenten aikaskaalassa kiertävän hiilen hajotus kasvoi voimakkaasti lämpötilaa nostettaessa. Satoja vuosia vanhan hiilen hajoaminen oli taas vähemmän herkkää lämpötilalle, mikä indikoi, että jokin stabiloitumismekanismi rajoitti sen hajotusta myös korkeammissa lämpötiloissa. Merkittävä osa boreaalisten metsien pintakerrosten hiilestä on keskipitkällä aikavälillä hajoavaa, hyvin lämpötilaherkkää ainesta, mistä johtuen näistä maista voi ilmaston lämpenemisen seurauksena seuraavien vuosien ja vuosikymmenten aikana vapautua ilmakehään enemmän hiiltä, kuin on aikaisemmin arvioitu. Tulokset eivät myöskään tue hypoteesia, jonka mukaan orgaanisen aineksen hajotuksen kiihtyminen lämpötilan seurauksena olisi nopeasti ohimenevää, koska mikrobit tottuisivat korkeampaan lämpötilaan. Hajotuksen lämpötilaherkkyys oli samanlaista orgaanisen kerroksen näytteille, jotka olivat peräisin Etelä- ja Pohjois-Suomesta, eikä pohjoisten maiden siirto etelään muuttanut CO2 -tuoton lämpötilaherkkyyttä. Boreaalisten metsämaiden hiilivarasto on enemmän uhattuna ilmastonmuutoksen vuoksi lämpimämpien ilmastojen maaperään verrattuna myös siksi, että hajotuksen lämpötilaherkkyyttä kuvaava Q10 arvo (kuinka moninkertaiseksi hajotus kasvaa, kun lämpötilaa nostetaan 10 astetta) pienenee lämpötilan kasvaessa. Eli hajotuksen lämpötilaherkkyys itsessäänkin riippuu lämpötilavälistä, jolla sitä mitataan. Koska pohjoisissa maissa lämpeneminen tapahtuu alhaisella lämpötilavälillä, jossa Q10 on suurempi, sama lämpötilan nousu asteissa kiihdyttää orgaanisen aineksen hajotusta suhteellisesti enemmän. Eroja lämpötilaherkkyyden muodossa (lämpötilasta riippuvan Q10 käyrän jyrkkyydessä) oli myös metsämaan eri kerrosten välillä. Alhaisissa lämpötiloissa Q10 kasvoi orgaanisen aineksen laadun huonotessa ja korkeammissa lämpötiloissa helposti hajotettavan substraatin saatavuus alkoi enenevässä määrin rajoittaa CO2-tuottoa.

• Karhu, Helsingin yliopisto, Metsätieteiden laitos Sähköposti: kristiina.karhu@helsinki.fi