Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Warmer soils release additional CO2 into atmosphere; Effect stabilizes over longer term

21.01.2013
Warmer temperatures due to climate change could cause soils to release additional carbon into the atmosphere, thereby enhancing climate change – but that effect diminishes over the long term, finds a new study in the journal Nature Climate Change.

The study, from University of New Hampshire professor Serita Frey and co-authors from the University of California-Davis and the Marine Biological Laboratory, sheds new light on how soil microorganisms respond to temperature and could improve predictions of how climate warming will affect the carbon dioxide flux from soils.

The activities of soil microorganisms release 10 times the carbon dioxide that human activities do on a yearly basis. Historically, this release of carbon dioxide has been kept in check by plants' uptake of the gas from the atmosphere. However, human activities are potentially upsetting this balance.

Frey and co-authors Johan Six and Juhwan Lee of UC-Davis and Jerry Melillo of the Marine Biological Laboratory were curious how increased temperatures due to climate change might alter the amount of carbon released from soils. "While they're low on the charisma scale, soil microorganisms are so critically important to the carbon balance of the atmosphere," Frey says. "If we warm the soil due to climate warming, are we going to fundamentally alter the flux of carbon into the atmosphere in a way that is going to feed back to enhance climate change?"

Yes, the researchers found. And no.
The study examined the efficiency of soil organisms – how completely they utilize food sources to maintain their cellular machinery – depending upon the food source and the temperature under two different scenarios. In the first short-term scenario, these researchers found that warming temperatures had little effect on soils' ability to use glucose, a simple food source released from the roots of plants. For phenol, a more complex food source common in decomposing wood or leaves, soils showed a 60 percent drop in efficiency at higher temperatures.

"As you increase temperature, you decrease the efficiency – soil microorganisms release more carbon dioxide to the atmosphere – but only for the more complex food sources," Frey explains. "You could infer that as the soil warms, more carbon dioxide will be released into the atmosphere, exacerbating the climate problem."

That effect diminishes, however, in the second scenario, in which soils were warmed to 5 degrees Celsius above the ambient temperature for 18 years. "When the soil was heated to simulate climate warming, we saw a change in the community to be more efficient in the longer term," Frey says, lessening the amount of carbon dioxide the soils release into the atmosphere and, in turn, their impact on the climate. "The positive feedback response may not be as strong as we originally predicted."

The research team also examined how changes in soil microorganism efficiency might influence long term storage of carbon in soils as predicted by a commonly used ecosystem model. Models of this type are used to simulate ecosystem carbon dynamics in response to different perturbations, such as land-use change and climate warming. These models generally assume that efficiency is fixed and that it does not change with temperature or other environmental conditions. The team found a large effect on long-term soil carbon storage as predicted by the model when they varied carbon use efficiency in a fashion comparable to what they observed in their experiments. "There is clearly a need for new models that incorporate an efficiency parameter that is allowed to fluctuate in response to temperature and other environmental variables," Six says.

The researchers hypothesize that long-term warming may change the community of soil microorganisms so that it becomes more efficient. Organism adaptation, change in the species that comprise the soils, and/or changes in the availability of various nutrients could result in this increased efficiency.

This study was based on work done at the Harvard Forest Long-Term Ecological Research site in Petersham, Mass., where Frey and Melillo have been warming two sites – one 9 meters square, the other 36 meters square -- with underground cables for two versus 18 years. "It's like having a heating blanket under the forest floor," Frey says, "allowing us to examine how this particular environmental change—long-term soil warming—is altering how the soil functions."

The article, "The Temperature Response of Soil Microbial Efficiency and its Feedback to Climate," is published in the advanced online publication of Nature Climate Change on Jan. 20, 2013. To access the abstract or full text (subscribers only) of the article after the embargo lifts, use the digital object identifier (DOI) number 10.1038/NCLIMATE1796 at this link: http://dx.doi.org/.

This work was supported by an NSF Faculty Early Career Development Award, the NSF Long-term Ecological Research (LTER) Program, a DOE National Institute for Climatic Change Research (NICCR) grant, and a Harvard Forest Bullard Fellowship to Frey.

Photographs available to download:

http://www.unh.edu/news/releases/2013/jan/frey.jpg
Caption: Serita Frey, professor of natural resources at the University of New Hampshire

Credit: Perry Smith, UNH Photographic Services

http://www.unh.edu/news/releases/2013/jan/forestplot.jpg
Caption: Research sites at the Harvard Forest Long-Term Ecological Research site in Petersham, Mass., where Frey and Melillo have been warming two sites with underground cables. The photo was taken during a January thaw on a 50-degree day; the heated plots, which had been snow-covered, melted before the unheated ones.

Credit: Alix Contosa, postdoctoral researcher at UNH

http://www.unh.edu/news/releases/2013/jan/freyinfield.jpg
Caption: Serita Frey (left) collects samples with UMass-Amherst graduate student George Hamaoui at Harvard Forest.

Credit: Brian Godbois, research assistant at UNH

http://www.unh.edu/news/releases/2013/jan/freysoil.jpg
Caption: Collecting soil samples.
Credit: Courtesy of Serita Frey
Watch Serita Frey describe her research: http://www.youtube.com/watch?v=h0XpJdPRROw&list=PLAAADC61677E4780B&index=12

The University of New Hampshire, founded in 1866, is a world-class public research university with the feel of a New England liberal arts college. A land, sea, and space-grant university, UNH is the state's flagship public institution, enrolling 12,200 undergraduate and 2,300 graduate students.

Beth Potier | EurekAlert!
Further information:
http://www.unh.edu

All articles from Earth Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten

22.08.2017 | Informationstechnologie

Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen

22.08.2017 | Geowissenschaften

RWI/ISL-Containerumschlag-Index erreicht neuen Höchstwert

22.08.2017 | Wirtschaft Finanzen