Klimatårn på Andøya Sammendrag Bioforsk har i samarbeid med Smithsonian Institute (USA), NIVA, NILU og Alomar rakett skytefelt utviklet og drevet et Eddy Kovarians klimatårn på Andøya i Nord Norge de siste fem årene. Målet med dette prosjektet var å studere mekanismene som regulerer lagring og frigjøring av karbon innenfor et av Europas største arktiske kyst myrområder. Denne stasjonen var etablert for å måle et bredt spekter av ulike variabler, blant annet CO 2, CH 4, luft og jordtemperatur, fuktighet i jordsmonnet, nedbør og solstråling. Dette er alle faktorer som kan sammenliknes over tid, og demonstrere de viktigste drivkreftene i utveksling av klimagasser med atmosfæren. Intensjonen er at informasjon fra Andøya skal brukes i et internasjonale nettverk, som igjen kan brukes i globale modeller for predikative modeller for klimaendringer. 1
1 Bakgrunn Innenfor de siste 10 til 20 årene har det blitt utviklet metoder for å studere klimagassbalansen av økosystemer med kontinuerlig lang tids overvåking. Siden 2008 har Andøya vært en langsiktig overvåkingsstasjon dedikert til kontinuerlige målinger av karbondioksid (CO 2 ) og metan (CH 4 ). Hensikten med målingene har vært å undersøke de langsiktige mønstrene av klimagass utveksling for å se hva slags effekt torvmyr har på et lokalklima. Ved å måle drivhusgassutveksling ser vi på hvordan opptaket av CO 2 gjennom fotosyntesen er balansert med frigjørelsen av CO 2 gjennom plante respirasjon og respirasjon av jord mikrober. Myrområder er et interessant system å overvåke av flere grunner. De er et lager av karbon som har utviklet seg over mange tusen år, og opptaket av karbon gjennom fotosyntesen har vært høyere enn tapet av karbon gjennom jordrespirasjon. Jordrespirasjonen i disse økosystemene er begrenset av tilgangen på oksygen, som igjen er begrenset av faktorer som høyt vann nivå og lave temperaturer. Av denne grunn er torvmyr vanlig i Norden og på steder med høy årlig nedbør. Funksjonen til disse økosystemene som karbonlager er derfor nært knyttet til klimatiske forhold, som gjør dem spesielt sårbare for endringer i global klima. Det har blitt anslått at det er like mye karbon lagret i myr som det er CO 2 i atmosfæren og planter og dyr på planeten. Ettersom dette karbonet er lagret, er det mye usikkerhet i klimamodeller over hvordan disse økosystemene vil reagere på klimaendringer. Frykten er at global oppvarming kombinert med redusert nedbør kan øke lufttilgangen til disse torvmyrene. Dette kan øke hastigheten av nedbryting av det lagrede karbonet som vil bli frigitt som CO 2. Dette er grunnen til at de nordlige myrer blir diskutert i forhold til de såkalte 'runaway klimaendringer ". Nemlig at ved et visst punkt vil økosystemer begynne å frigjøre karbon, uavhengig av reduksjoner i menneskelige karbonutslipp. Menneskelig påvirkning vil da være av begrenset betydning. 1.2 Relevansen av Andøya Internasjonalt foregår det mye arbeid med å forske på effekten av myr på klimaendringer. Området på Andøya er unikt fordi det representerer en type torvmyr som er sjelden intersnasjonalt. Den er en oseanisk konsentrisk bog, og er stort sett funnet i områder påvirket av et oseanisk klima. Torvmosen er dannet som et resultat av de høye nedbørsnivåene. Sphagnum er en ikke karplante som er svært viktig i vekst og utvikling av torvmyrer. Planten vokser langsomt. Den utkonkurrerer raskere voksende planter ved å øke surheten i jorda, og utvikler hauger som fungerer som en svamp for å opprettholde høy vannstand. En ny studie har antydet at denne typen myr kan være svært utsatt for klimaendringer på grunn av sin avhengighet av store nedbørsmengder. 2
2 Metoder 2.1 Eddy Kovarians Eddy kovariansen er en metode for å måle CO 2 flux på økosystemet skala. Turbulent strømning av luft er ansvarlig for å blande gasser som utgjøres av økosystemer. Eddy kovarians metoden måler denne turbulente strømninens ved hjelp av en 3D sonisk vindmåler. Samtidig måler en rask gassanalysator konsentrasjonen av sporgasser med et intervall på 10 ganger hver minutt (eller 10 Hz). Navnet Eddy kovarians kommer fra: Eddy: Eddies er sirkler/virvler av luft som kan være viktig i miksing av atmosfæriske gasser. Kovarians: Vindhastighet og retning blir brukt som co variabler sammen konsentrasjoner av drivhusgasser. Disse målingene blir brukt for å identifisere gassutslipp fra et område under tårnet. Metoden muliggjør langvarig konstant overvåking av gass flukser både til og fra økosystemet. Dataene fra denne metodikken kan brukes både til å videreutvikle vår forståelse av lokale prosesser og, i kombinasjon med andre steder rundt om i verden, gi informasjon om globale tilbakekoblingsmekanismer. 3
Eddy kovarians er for tiden brukt i et voksende internasjonal samarbeid med sikte på å øke vår forståelse for økosystemenes respons til klimaendringer. Prosjekter som Fluxnet, CarboEurope og ICOS er eksempler på samarbeid som betyr at data kan deles på et internasjonalt nivå, og bli brukt for å forbedre regionale og globale modeller. 3 Resultater Klimatårnet var først satt opp i 2008, men det var først i 2009 at vi fikk et komplett datasett. Det er derfor alle analysene begynner i 2009 og fortsetter frem til utgangen av 2012. Målet er at resultatene vil bli publisert i en vitenskapelig artikkel i løpet av 2014. 3.1 Den årlig CO2 balansen 80 60 40 2009 2010 2011 2012 Accumulated NEE (g C m 2 ) 20 0 20 40 60 80 0 50 100 150 200 250 300 350 DOY Figure 1. Årlig akkumulert Karbon Fluks Figuren 1 viser årlig utslipp av CO 2 beregnet over 4 år som 'Net Ecosystem Exchange' (NEE). NEE består av total CO 2 balanse som gram karbon per kvadratmeter. DOY betyr 'Day of the Year' og begynner på 1. januar. Alle fluksene er nullstillt till denne datoen hver år. Fra figuren er det mulig å se at det fins en vinter og sommer komponent. Det er mest utslipp om vinteren og mest opptak om sommeren på grunn av opptaket av CO 2 gjennom plantene. Om vinteren overtar respirasjon i jorda. Fra figuren ser vi at det er en betydelig variasjon fra år til år i både utslipp og opptak. Dette kan skyldes flere ulike faktorer, for eksempel årlig variasjoner i nedbør og beiting av dyr. Av spesiell interesse i figuren er sommeren 2010, hvor opptaket var betydelig lavere på grunn av dårlig plantevekst. Fordi utslippet om vinteren var vesentlig større enn opptaket om sommeren, var myra en betydelig kilde til karbon utslipp i 2010. Både nedbør (Precip mm) og luft temperatur (Air T degc) varierer med årstid og fra år til år. Figur 2 viser hvordan disse har variert i forskjellige år. Den lave temperaturen tidlig i 2010 kan forklare hvorfor planteopptaket var såpass lavt senere på året. 4
Air T (deg C) 15 10 5 0 2008 2009 2010 2011 2012 1961 1990 5 200 Precip (mm) 150 100 50 0 J F M A M J J A S O N D Figure 2. Vær data fra perioden 2008 2012 Når vi sammenligne tallene fra Andøya med andre steder hvor det er gjort de samme målingene, ser vi at Andøya ligger lavest når det gjelder årlig opptak av karbon de siste 4 årene. Gjennomsnittstall for opptak var 19.5g C m 2 år 1. På grunn av beliggenheten er Kaamanen (Finland) og Stordalen (Sverige) nesten på det samme breddegrad, men er forskjellige fordi de ligger langs en gradient som går fra oseanisk Andøya til mer kontinental felt innland. Andøya Andøya (NEE) 19.5g C m 2 år 1 4års gjennomsnitt Kaamanen (Nord Finnland) 22g C m 2 år 1 6års gjennomsnitt (Aurela et al. 2004) Stordalen (Nord Sverige) 90g C m 2 år 1 3års gjennomsnitt (Christensen et al. 2012) Tabell som sammenlignes NEE for 3 forskjellige felt Grovt sett er Andøya et nesten like stort lager som Kaamanen, men ikke så stort som Stordalen. Nedenfor har vi sammenliknet Andøya med disse 2 feltene. Figur 3 er responskurver lys for sommerperioden (gjennomsnitt over all årene). Vi vet at plantene er avhengig av lys for fotosyntese. Når de mangler lys produserer de CO 2 gjennom respirasjon. Kurvene er produsert for å vise hvor effektive plantene er i CO 2 utveksling med forskjellige lysstyrke. 5
DOY Figur 3 Lys metning og Mør respirasjon kurver for Andøya, Stordalen og Kaamanen (from Christensen et al 2012) Det er tydelig å se at Andøya og Kaamanen ligger omtrent på likt nivå når det gjelder lysmetningspunkt. Dette kan være deler av årsaken til at Kaamanen og Andøya ligger på omtrent det samme nivået når det gjelder klimagassbalansen. Lavere karbonfluks på både lys og mørk respirasjonen for Andøya muligens skyldes næringsfattige vegetasjon på Andøya i forhold til Stordalen og Kaamanen. På Andøya er det et mer langsom redusering av faktorene (figur 3) på slutten sommeren, tidlig høst. Dette kan skyldes et mer oseanisk klima på Andøya, med en dempende effekt på været i sensommeren og tidlig høst. 6
Vapour Pressure Deficit (kpa) Figur 4. Vapour Pressure Deficit (VPD) 1 mot NEE i Juli for 2009 og 2010. Høyere VPD betyr tørt vær. Values for NEE var gruppert på VPD. Videre analyser av data fra de 4 årene viser at det er mindre opptak av CO 2 i tørt vær. Figur 4 vises at det var signifikante forskjeller i NEE i juli i alle år (bortsett for 2012 som var et vått år). Tallene viser at for de tidspunktene hvor det var tørt vær var det også mindre opptakk av karbon. En mulig forklaring er dominans av myr mose (Sphagnum) i vegetasjonen på Andøya. Myrmose er avhengig av fuktige jordforhold for å muliggjøre fotosyntese. Mindre regn kan derfor påvirke effektivitet av myrmose til å ta opp karbon. Dette kan betyr at dersom klimaet bli tørrere, er det en økt risiko for at lagringskapasiteten av myra på Andøya reduseres. Dette er bekreftet av en publikasjon i Nature Climate change som viser at Blanket bogs kan være påvirket av klimaforandring som følge av endringer i nedbør (Gallego Sala og Prentice 2012). 3.2 Metan Data fra metan målingene er ennå ikke fullført, men har til nå vist en gjennomsnittlig fluks for august på omtrent 5 til 7 nmol m 2 s 1. Det er en veldig liten fluks, og skyldes type vegetasjon og næringsforhold, samt at overflaten ofte er tørr og fører til oksidasjon av CH 4. Men det er ikke så mye vi kan si konkret om resultatene før de er ferdig behandlet. Metan kan gi betydelige utslipp med bare noen få stor utslippstopper i året (oftest i forbindelse med snøsmelting) 1 VPD (Vapour Pressure Deficit) er differansen mellom aktuell luftfuktighet og fuktigheten ved metning. 7
4 Konklusjon Klimaet synes å ha en direkte effekt på karbon lagring på Andøya. Den største kilden til variasjonen er plantenes vekstsesong, som balanserer vinterutslipp med sommeropptak. Dette betyr at faktorer som påvirker plantens vekst kan ha en betydelig effekt på den årlige fluks balansen. Andøya har vist seg å kunne lagre karbon, men effekten var mindre enn målinger som har blitt gjort i både Sverige og Finnland. Andøya er mer lik Kaamanen, muligens på grunn av den mer næringsfattige vegetasjonstypen. Kystklimaet på Andøya er også unikt for området, med mindre markerte årstidsoverganger. Analyser viser at dersom nedbørsmengden forandrer seg i fremtiden, vil mest sannsynlig myrene på Andøya bli mindre effektive til å lagre karbon, og i verste fall kan de bli en kilde for CO 2. Den lave fluksen av metan i august kan skyldes både vegetasjonstype og oksygenforhold i de øverste jordlagene. Det er nødvendig å analysere resten av dataene for å se om det finnes tider av året hvor metanutslippene er vesentlig høyere. 5 Takk Prosjektet var mulig på grunn av finansiering av den "Myrfondet" og NFR 208424 GHG Norprosjektet. Alle datainnsamling og analyser er resultatet av et samarbeidsprosjekt koordinert av Bioforsk. Spesial takk til Magnus Lund ved Aarhus Universitet og Georg Hansen fra NILU for CO 2 analyser, og Frans Jan Parmentier ved Lund Universitet for CH 4 analyser. 6 Referanser Aurela M, Laurila T, Tuovinen JP (2004) The timing of snow melt controls the annual CO 2 balance in a subarctic fen. Geophysical Research Letters, 31, L16119 Christensen TR, Jackowicz Korczynski M, Aurela M, Crill P, Heliasz M, Mastepanov M, Friborg T (2012) Monitoring the Multi Year Carbon Balance of a Subarctic PalsaMire with Micrometeorological Techniques. Ambio, 41, 207 217 Gallego Sala AV, Prentice IC (2012) Blanket peat biome endangered by climate change. Nature Climate Change, 3, 152 155 8