Einfachere Methode zur Schätzung der Rückkopplung zwischen Permafrostkohlenstoff und Klima: Wissenschaftler wollen einen potenziell riesigen Spieler im Klima des Planeten beleuchten | 2020

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Anonim

Obwohl Permafrost-Kohlenstoff das Potenzial hat, ein wichtiger Faktor für das Klima des Planeten zu sein, ist es schwierig, die Menge vorherzusagen, die bei einem bestimmten Temperaturanstieg in die Atmosphäre gelangt. Das liegt daran, dass die derzeitige Methode zur Schätzung der Rückkopplung zwischen Permafrostkohlenstoff und Klima die Verwendung komplexer Erdsystemmodelle ist, die eine breite Palette von atmosphärischen Phänomenen und Landoberflächenphänomenen umfassen. Für die Darstellung der Dynamik von Permafrost-Kohlenstoff werden in diesen Modellen keine Daten aus direkten Beobachtungen der Kohlenstoffmenge verwendet, die derzeit im arktischen Permafrost gefroren ist.

Jetzt hat ein Forscherteam unter der Leitung eines Wissenschaftlers des Lawrence Berkeley National Laboratory des Energieministeriums (Berkeley Lab) ein einfaches Modell für Permafrostkohlenstoff entwickelt, das auf direkten Beobachtungen basiert. Ihr Ansatz könnte Klimaforschern dabei helfen, zu bewerten, wie gut die Permafrostdynamik in Erdsystemmodellen dargestellt wird, die zur Vorhersage des Klimawandels verwendet werden.

Die Wissenschaftler stellen ihre Forschungsergebnisse in einem Artikel vor, der am 5. Oktober online in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Philosophische Transaktionen der Royal Society A .

"In der klassischen Art zu bewerten, wie gut Klimamodelle Permafrostkohlenstoff ausmachen, fragen die Wissenschaftler: Prognostiziert das Modell Kohlenstoffgehalte im Boden, die in der Nähe der beobachteten Werte liegen?" sagt Charlie Koven, ein Mitarbeiter der Abteilung Klima- und Ökosystemwissenschaften von Berkeley Lab, der die Forschung leitete.

"Aber wir haben die Frage umgedreht und angefangen mit: Was sind die tatsächlich beobachteten Kohlenstoffvorräte im Boden? Mit diesem Ansatz haben wir das einfachste Modell des arktischen Permafrostkohlenstoffs und seiner Dynamik erstellt", sagt Koven.

Ihr Ansatz berücksichtigt kürzlich entwickelte Kohlenstoffkarten im Boden, die die Verteilung und Art des Kohlenstoffs in Permafrostböden in Alaska, Kanada und Russland identifizieren. Es umfasst auch eine Metaanalyse mehrerer Laborstudien, in denen der Permafrost über Monate oder sogar Jahre auf einer konstanten Temperatur über dem Gefrierpunkt gehalten wurde. Diese Inkubationsexperimente quantifizieren die Kohlenstoffverlustraten aufgrund des Auftauens von Permafrost. Eine dritte Komponente ist eine Metaanalyse von Bodenwärmemodellen, die die Bodendynamik als Reaktion auf die Klimaerwärmung verfolgen. Diese Modelle berücksichtigen die Auswirkungen von Schneeschmelze, Einfrieren und Auftauen von Böden sowie Unterschiede in den thermischen Eigenschaften des Bodens, um nur einige Phänomene zu nennen.

Die Wissenschaftler führten ihr vereinfachtes Modell in zwei Szenarien durch. In einem Szenario beginnen die Emissionen fossiler Brennstoffe in der Mitte dieses Jahrhunderts dramatisch zu sinken und die globale Temperatur steigt um 1,8 Grad Celsius. Im anderen Szenario bleiben die Emissionen fossiler Brennstoffe mit den aktuellen Raten unkontrolliert und die globale Temperatur steigt um 3,4 Grad Celsius.

Sie ermittelten einen Durchschnitt der Ergebnisse aus den beiden Szenarien und stellten fest, dass die Menge an Permafrostkohlenstoff, die in die Atmosphäre gelangt, für jeden Grad der globalen Erwärmung 1,5 Jahren globaler Kohlendioxidemissionen entspricht.

"Wir haben festgestellt, dass bei einer bestimmten Erwärmung eine zusätzliche Menge Kohlenstoff freigesetzt wird, die zu einer weiteren Erwärmung führen würde - mit anderen Worten, zu einer Rückkopplungsschleife", sagt Koven.

Koven merkt an, dass ihr Ansatz nicht viele wichtige Prozesse umfasst, die die Kohlenstoffabgabe aus Permafrostböden erhöhen oder verringern können.

"Aber das Schöne an einfachen Modellen ist, dass sie sehr einfach zu verstehen sind. Wir wissen genau, worauf es ankommt", fügt Koven hinzu. "Die Prozesse, die für die Rückkopplung von Permafrostkohlenstoff und Klima verantwortlich sind, sind in vielen Modellen nicht gut vertreten, und unser Ansatz ist ein Ansatz, um anzufangen. Er dient als datenbeschränkte Schätzung der großflächigen Reaktion von Permafrostkohlenstoff auf Erwärmung."