Permafrost carbon-climate feedbacks accelerate global warming

International audience Permafrost soils contain enormous amounts of organic carbon, which could act as a positive feedback to global climate change due to enhanced respiration rates with warming. We have used a terrestrial ecosystem model that includes permafrost carbon dynamics, inhibition of respi...

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Bibliographic Details
Published in:Proceedings of the National Academy of Sciences
Main Authors: Koven C., D., Ringeval, B., Friedlingstein, P., Ciais, Philippe, Cadule, P., Khvorostyanov, D., Krinner, G., Tarnocai, C.
Other Authors: Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement Gif-sur-Yvette (LSCE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Earth Science Division LBNL Berkeley (ESD), Lawrence Berkeley National Laboratory Berkeley (LBNL), College of Engineering, Mathematics and Physical Sciences Exeter (EMPS), University of Exeter, ICOS-ATC (ICOS-ATC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL), CLIPS, Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Agriculture and Agri-Food (AAFC), Office of Biological and Environmental Research of the U.S. Department of Energy under Contract No. DE-AC02-05CH11231, project Impact-Boreal, European Project:
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:English
Published: HAL CCSD 2011
Subjects:
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topic carbon cycle
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cryosphere
soil organic matter
active layer
[SDU.STU.GM]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geomorphology
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Koven C., D.
Ringeval, B.
Friedlingstein, P.
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Khvorostyanov, D.
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Permafrost carbon-climate feedbacks accelerate global warming
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[SDU.STU.GM]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geomorphology
description International audience Permafrost soils contain enormous amounts of organic carbon, which could act as a positive feedback to global climate change due to enhanced respiration rates with warming. We have used a terrestrial ecosystem model that includes permafrost carbon dynamics, inhibition of respiration in frozen soil layers, vertical mixing of soil carbon from surface to permafrost layers, and CH4 emissions from flooded areas, and which better matches new circumpolar inventories of soil carbon stocks, to explore the potential for carbon-climate feedbacks at high latitudes. Contrary to model results for the Intergovernmental Panel on Climate Change Fourth Assessment Report (IPCC AR4), when permafrost processes are included, terrestrial ecosystems north of 60°N could shift from being a sink to a source of CO2 by the end of the 21st century when forced by a Special Report on Emissions Scenarios (SRES) A2 climate change scenario. Between 1860 and 2100, the model response to combined CO2 fertilization and climate change changes from a sink of 68 Pg to a 27 + -7 Pg sink to 4 + -18 Pg source, depending on the processes and parameter values used. The integrated change in carbon due to climate change shifts from near zero, which is within the range of previous model estimates, to a climate-induced loss of carbon by ecosystems in the range of 25 + -3 to 85 + -16 Pg C, depending on processes included in the model, with a best estimate of a 62 + -7 Pg C loss. Methane emissions from high-latitude regions are calculated to increase from 34 Tg CH4/y to 41-70 Tg CH4/y, with increases due to CO2 fertilization, permafrost thaw, and warming-induced increased CH4 flux densities partially offset by a reduction in wetland extent.
author2 Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement Gif-sur-Yvette (LSCE)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Earth Science Division LBNL Berkeley (ESD)
Lawrence Berkeley National Laboratory Berkeley (LBNL)
College of Engineering, Mathematics and Physical Sciences Exeter (EMPS)
University of Exeter
ICOS-ATC (ICOS-ATC)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)
CLIPS
Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE)
Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Agriculture and Agri-Food (AAFC)
Office of Biological and Environmental Research of the U.S. Department of Energy under Contract No. DE-AC02-05CH11231
project Impact-Boreal
European Project:
format Article in Journal/Newspaper
author Koven C., D.
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Cadule, P.
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Krinner, G.
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Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2011, 108 (36), pp.14769-14774. ⟨10.1073/pnas.1103910108⟩
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spelling ftsorbonneuniv:oai:HAL:insu-00647049v1 2024-06-09T07:48:58+00:00 Permafrost carbon-climate feedbacks accelerate global warming Koven C., D. Ringeval, B. Friedlingstein, P. Ciais, Philippe Cadule, P. Khvorostyanov, D. Krinner, G. Tarnocai, C. Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement Gif-sur-Yvette (LSCE) Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)) Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) Earth Science Division LBNL Berkeley (ESD) Lawrence Berkeley National Laboratory Berkeley (LBNL) College of Engineering, Mathematics and Physical Sciences Exeter (EMPS) University of Exeter ICOS-ATC (ICOS-ATC) Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)) Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD) Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL) CLIPS Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE) Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG) Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - 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We have used a terrestrial ecosystem model that includes permafrost carbon dynamics, inhibition of respiration in frozen soil layers, vertical mixing of soil carbon from surface to permafrost layers, and CH4 emissions from flooded areas, and which better matches new circumpolar inventories of soil carbon stocks, to explore the potential for carbon-climate feedbacks at high latitudes. Contrary to model results for the Intergovernmental Panel on Climate Change Fourth Assessment Report (IPCC AR4), when permafrost processes are included, terrestrial ecosystems north of 60°N could shift from being a sink to a source of CO2 by the end of the 21st century when forced by a Special Report on Emissions Scenarios (SRES) A2 climate change scenario. Between 1860 and 2100, the model response to combined CO2 fertilization and climate change changes from a sink of 68 Pg to a 27 + -7 Pg sink to 4 + -18 Pg source, depending on the processes and parameter values used. The integrated change in carbon due to climate change shifts from near zero, which is within the range of previous model estimates, to a climate-induced loss of carbon by ecosystems in the range of 25 + -3 to 85 + -16 Pg C, depending on processes included in the model, with a best estimate of a 62 + -7 Pg C loss. Methane emissions from high-latitude regions are calculated to increase from 34 Tg CH4/y to 41-70 Tg CH4/y, with increases due to CO2 fertilization, permafrost thaw, and warming-induced increased CH4 flux densities partially offset by a reduction in wetland extent. Article in Journal/Newspaper permafrost HAL Sorbonne Université Proceedings of the National Academy of Sciences 108 36 14769 14774