Ecosystem-scale methane fluxes in terrestrial uplands diverge from soil-sink expectations

Methaan is een krachtig broeikasgas dat warmte in de atmosfeer veel effectiever vasthoudt dan koolstofdioxide over een periode van een eeuw. Decennialang hebben wetenschappers bijgehouden waar dit gas vandaan komt en waar het verdwijnt. We weten dat wetlands en menselijke activiteiten, zoals landbouw, enorme hoeveelheden ervan vrijgeven. Om de wereldwijde balans op te maken, vertrouwden onderzoekers lang op een specifieke, stille aanname over droge grond: dat de bodems van bossen, graslanden en struikgewassen fungeren als een constante vacuümzuiger die methaan uit de lucht zuigt en het vernietigt via natuurlijke bacteriële processen. Deze "bodemput" is behandeld als een vaststaand, betrouwbaar feit in klimaatmodellen, waarbij wordt geschat dat het jaarlijks een enorme hoeveelheid methaan verwijdert. Als deze aanname echter onjuist is, zou ons hele begrip van hoe de planeet haar temperatuur reguleert, uit evenwicht kunnen zijn.

Een nieuwe studie daagt dit langgekoesterde beeld uit door naar het land te kijken, niet via kleine, geïsoleerde monsters, maar door de ogen van het hele ecosysteem. Onderzoekers onder leiding van Sparkle Malone aan de Yale University, werkend met gegevens van zes-en-veertig meettorens in Noord-Amerika, maten de werkelijke uitwisseling van methaan tussen de grond en de lucht gedurende meerdere jaren. In plaats van de gestage, stille schoonmaakploeg te vinden die ze verwachtten, ontdekten ze dat de meeste van deze hooggelegen landschappen eigenlijk methaan lekken, zij het langzaam. De studie suggereert dat de traditionele opvatting van droog land als een netto put een fout is die voortkomt uit het kijken op de verkeerde schaal, en dat het vermogen van de aarde om methaan te absorberen veel zwakker is dan voorheen werd aangenomen.

Jarenlang werd de overtuiging dat droge bodems methaan consumeren gebouwd op metingen genomen met kleine kamers die direct op de grond zijn geplaatst. Deze apparaten bedekken een minuscuul stukje aarde en sluiten het af om te meten hoeveel gas de bodembacteriën eten. Deze methode is al decennia de standaard en biedt een helder, consistent beeld van de bodembiologie. Maar een kamer ziet alleen wat er direct aan haar voeten gebeurt. Ze kan niet zien wat er gebeurt in de boomwortels, het dode hout, of de minuscule, verborgen zakjes water binnen de bodem die gas zouden kunnen produceren. Het mist ook de beweging van lucht door het bladerdak van een bos of de subtiele verschuivingen in vochtigheid die over een heel veld plaatsvinden. De onderzoekers vermoedden dat wetenschappers door zich alleen op het bodemoppervlak te concentreren, het grotere plaatje van hoe deze ecosystemen zich daadwerkelijk gedragen, misten.

Om een waar getrouw beeld te krijgen, wendde het team zich tot het National Ecological Observatory Network, een systeem van hoge torens verspreid over de Verenigde Staten. Deze torens zijn uitgerust met sensoren die de luchtkwaliteit op verschillende hoogtes meten, van de bosbodem tot in het bladerdak van de bomen. Door de concentratie methaan aan de bovenkant van een toren te vergelijken met de concentratie lagerop, konden de onderzoekers de totale stroom gas berekenen die door het gehele ecosysteem beweegt, inclus_ant de bomen, de bodem en de lucht daartussenin. Ze analyseerden gegevens van 2021 tot 2024, die zes-en-veertig locaties besloegen die een grote verscheidenheid aan omgevingen vertegenwoordigden, van tropische bossen in Puerto Rico tot struikgewas in Alaska.

De resultaten waren opmerkelijk. Toen de onderzoekers naar de jaarlijkse methaanbalans voor deze locaties keken, fungeerden drieentachtig procent van hen niet als putten. In plaats daarvan waren ze netto bronnen, die meer methaan in de atmosfeer vrijgeven dan ze absorberen. De hoeveelheid die vrijkwam was klein, variërend van een fractie van een gram tot iets meer dan één gram koolstof per vierkante meter per jaar, maar de richting van de stroom was het tegenovergestelde van wat de modellen voorspelden. Slechts zeventien procent van de locaties functioneerde als de verwachte putten, en zelfs die waren veel zwakker dan de wereldwijde schattingen suggereerden. De sterkste put die ze vonden, was een tropisch bos in Puerto Rico, maar zelfs daar was de hoeveelheid methaan die werd verwijderd minder dan de helft van wat het wereldwijde budget voor alleen de bodem aanneemt.

De studie stelt dat de discrepantie voortkomt uit het feit dat de bodemkamer en de ecosysteem-toren twee verschillende dingen meten. De kamer meet het potentieel van de bodem om methaan te eten, terwijl de toren het werkelijke gedrag van het ecosysteem meet. In de echte wereld kunnen factoren die kamers missen — zoals planten die gas vanuit de diepe ondergrond transporteren, minuscule natte plekken in de bodem waar bacteriën gas produceren, of de beweging van gas door boomstammen — een bodem die theoretisch een put is, kunnen veranderen in een ecosysteem dat een bron is. De onderzoekers ontdekten dat zelfs in droge, hooggelegen gebieden deze verborgen processen genoeg zijn om de balans te doen doorslaan.

Deze bevinding betekent niet dat bodembacteriën gestopt zijn met het eten van methaan. De studie bevestigt dat de bodemput bestaat, maar laat zien dat dit niet het hele verhaal is. Het ecosysteem als geheel doet iets anders. Toen de onderzoekers probeerden hun bevindingen op te schalen naar de hele wereld, suggereerden de resultaten dat hooggelegen terrestrische ecosystemen een netto bron van methaan naar de atmosfeer zouden kunnen zijn, in plaats van een put. Afhankelijk van hoe de gegevens werden berekend, zou het wereldwijde landoppervlak ergens tussen de tweeentwintig en vijfenzestig teragram methaan per jaar kunnen vrijgeven. Dit is een enorme verschuiving ten opzichte van het huidige wereldwijde budget, dat ervan uitgaat dat deze landen tussen de elf en vierentwintig teragram verwijderen.

De implicaties voor de klimaatwetenschap zijn aanzienlijk. Als het land niet zoveel absorbeert als we dachten, dan is de natuurlijke buffer van de planeet tegen stijgende broeikasgasniveaus kleiner dan we geloofden. Dit zou kunnen betekenen dat methaan langer in de atmosfeer blijft, waardoor de planeet sneller opwarmt dan de huidige modellen voorspellen. De studie suggereert dat de manier waarop we klimaatmodellen bouwen, moet veranderen. In plaats van aan te nemen dat droog land een vaste put is, moeten we rekening houden met de complexe, verborgen paden die methaan ontsnapping mogelijk maken.

De onderzoekers merken er voorzichtig bij op dat hun werk gebaseerd is op een specifieke set locaties in Noord-Amerika, en dat er meer gegevens uit de hele wereld nodig zijn om te bevestigen of dit patroon overal standhoudt. Ze wijzen ook op het feit dat de instrumenten die worden gebruikt om deze minuscule stromen te meten extreem gevoelig zijn, en dat het signaal vaak nabij de detectiegrens ligt. Echter, zelfs toen ze hun resultaten testten tegen verschillende aannames en mogelijke fouten, bleef de conclusie hetzelfde: het dominante signaal over het hele netwerk was er een van emissie, niet van absorptie.

Deze studie dient als een herinnering dat de natuur vaak complexer is dan onze eenvoudigste metingen doen vermoeden. Door naar het hele bos te kijken in plaats van naar een stukje aarde, hebben wetenschappers een verborgen laag van methaanuitwisseling ontdekt die ons begrip van het wereldwijde klimaat uitdaagt. Het suggereert dat het vermogen van de aarde om haar eigen broeikasgassen op te ruimen kwetsbaarder is dan we hoopten, en dat de ware balans van de atmosfeer afhangt van processen die we pas net beginnen te zien. De volgende stap voor de wetenschap is het bouwen van modellen die deze volledige ecosysteemdynamiek kunnen vastleggen, zodat onze voorspellingen voor de toekomst gebaseerd zijn op de realiteit van het hele systeem, en niet slechts op een deel ervan.