Effects of climate change on the Arctic Carbon Cycle

• Main Author: Klaus, Vinzent
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: (:none) 2017
• Subjects: Arctic; Boden; Svalbard; Arktis; Arktis*; Climate change; Spitzbergen; Tundra
• Online Access: https://dx.doi.org/10.25365/thesis.47124; https://othes.univie.ac.at/47124/

Due to multiple amplifying feedbacks, climate change is particularly pronounced in high northern latitudes. Therefore, the consequences on Arctic terrestrial ecosystems are particularly severe, raising the question, which role the Arctic will play in the future global carbon cycle. It is still unclear, if Arctic ecosystems will become a net carbon source under ongoing climate change, or if the stimulation of plant growth will offset carbon loss. After an introduction to the components of the carbon cycle and the control exerted by the climate, the features of Arctic tundra ecosystems are described. Moreover, the current state of research on high latitude climate change is summarised, and the most likely scenario of ecosystem consequences is presented. Furthermore, the results of a measurement campaign in Svalbard, which aimed to examine the effects of atmospheric warming on soil CO2 efflux, will be described and discussed. Experimental long-term warming of the land surface resulted in an increase of soil CO2 efflux, constituting a potential positive feedback to atmospheric warming. Measurements of primary production, which could have offset carbon release from the soil, were not conducted. Therefore, a point-level model simulation under different climate scenarios, using the Community Land Model (CLM) was run at the location of the study site. Adding a constant temperature factor to the atmospheric forcing resulted in a significant acceleration of biogeochemical reactions and amplification of carbon fluxes between ecosystem and atmosphere. A precipitation increase, which was simulated as well, tended to diminish both primary production and carbon release. : Aufgrund einer Vielzahl an positiven Feedbackprozessen ist kaum eine Erdregion stärker vom derzeitigen Klimawandel betroffen als die hohen nördlichen Breiten. Die Auswirkungen des Klimawandels auf terrestrische Ökosysteme sind daher besonders drastisch, und werfen gleichzeitig die Frage auf, welche Rolle die Arktis im Kohlenstoffkreislauf zukünftig einnehmen wird; möglich ist sowohl, dass arktische Ökosysteme bei fortschreitendem Klimawandel eine Nettoquelle von Kohlenstoff werden, als auch, dass durch die Begünstigung des Pflanzenwachstums mehr Kohlenstoff gespeichert wird als verlorengeht. Im Zuge dieser Arbeit wird nach einer Vorstellung der Komponenten des Kohlenstoffkreislaufs und diesbezüglicher Besonderheiten der arktischen Tundra erläutert, warum der Klimawandel in hohen Breiten besonders ausgeprägt ist, und welche Folgen auf den arktischen Kohlenstoffkreislauf aus heutiger Perspektive wahrscheinlich sind. Zusätzlich werden die Ergebnisse einer Messkampagne in Spitzbergen, die die Untersuchung der Auswirkungen der atmosphärischen Erwärmung auf die Freisetzung von CO2 aus dem Boden - die sogenannte Bodenatmung - zum Ziel hatte, im Detail vorgestellt und diskutiert. Eine experimentelle Langzeiterwärmung der Landoberfläche bewirkte einen Anstieg der Bodenatmung, was prinzipiell eine positive Rückkopplung zur Klimaerwärmung darstellt. Nicht beobachtet wurden jedoch die Auswirkungen auf die Kohlenstoffaufnahme, sodass eine Modellsimulation des Standorts in Spitzbergen unter verschiedenen Klimaszenarien mit dem Community Land Model (CLM) durchgeführt wurde. Eine künstliche Temperaturerhöhung führte zu einer signifikanten Beschleunigung der meisten Ökosystemprozesse und der Amplifikation sowohl der Kohlenstoffaufnahme von der Atmosphäre, als auch der -abgabe. Eine ebenfalls modellierte Zunahme des Niederschlags hatte hingegen dämpfenden Einfluss auf Primärproduktion und Kohlenstoffabgabe.