Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Response of permafrost peatlands to past and recent warming : case studies from Swedish Lapland

Show full item record

Title: Response of permafrost peatlands to past and recent warming : case studies from Swedish Lapland
Author(s): Hyppölä, Ronja
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Discipline: Plant Biology
Language: English
Acceptance year: 2019
Abstract:
Suot jaetaan karkeasti kahteen päätyyppiin. Keidassuo -tyypin suot ovat kuivia ja ombotrofisia, kun taas aapasuo -tyypin märät suot ovat minerotrofisia. Kuivien keidassuo -tyypin soiden kasvillisuus koostuu pääasiassa varvuista, jäkälistä ja turvetta muodostavista rahkasammalista. Märillä soilla kasvavat eri rahkasammallajit, yleensä sarojen ja suovillojen kanssa. Ilmasto muuttuu ihmisen toiminnan seurauksena. Toiminta nostaa kasvihuonekaasujen määriä ilmakehässä, mikä aiheuttaa globaalia ilmaston lämpenemistä. On osittain epäselvää, miten erilaiset ekosysteemit reagoivat lämpenemiseen. Suot peittävät huomattavan osan pohjoisesta pallonpuoliskosta, arviolta noin 4 miljoonaa neliökilometriä, ja pohjoisimmat suot sijaitsevat ikirouta -alueella. Pohjoisempana routa pysyy vuoden ympäri, etelämpänä sitä muodostuu ajoittain vuodenaikojen mukaan, tai se on pysyvää hajanaisesti alueittain, Erityisesti hajanainen ikirouta on herkkä ilmastossa tapahtuville muutoksille. Viimeisimmän jääkauden jälkeen noin 11 700 vuotta sitten muodostuneet pohjoiset suot ovat toimineet hiilivarastoina, sitoen valtavia määriä ilmakehän hiiltä jatkuvasti kertyvään turpeeseen. Tämä johtuu Pohjoisen kylmän ilmaston aiheuttamasta hitaasta hajoamisnopeudesta. Samaan aikaan soista vapautuu hiiltä ilmakehään mikrobitoiminnan seurauksena, jota määrittävät ja säätelevät kasvillisuus ja hydrologia. Hiilen vapautuminen aerobisissa oloissa johtuu pääasiassa hiilidioksidia (CO2) uloshengittävistä organismeista ja vesikyllästeisissä anaerobisissa oloissa metanogeenisten organismien tuottamasta metaanista (CH4). Soiden hiilitase; varastoituva ja suosta poistuva hiili, on vaihdellut ilmasto-olosuhteiden mukaan aikojen saatossa. Soiden pinta muodostuu mosaiikkimaisesti erilaisista hydrologisista habitaateista ja kasvillisuuspinnoista. Eri lajit menestyvät erilaisissa kasvuolosuhteissa ja osaltaan vaikuttavat suon hiilitaseeseen Pintakasvillisuus muuttuu suon sisäisen autogeenisen sukkession takia, mutta muutoksia tapahtuu myös allogeenisista syistä, kuten ilmaston muutos ja -lämpeneminen, jotka voivat johtaa muuan muassa ikiroudan sulamiseen. Kasvillisuuden ajallisia muutoksia voidaan tutkia turvekerroksia analysoimalla. Kertyneestä turpeesta nämä kuivemmat ja märemmät olosuhteet voidaan erottaa kasvimakrofossiiliyhteisöistä. Turvekerrokset voidaan ajoittaa radiometrisin menetelmin ja tätä tietoa voidaan verrata tunnettuun ilmastohistoriaan, mitattuun tai rekonstruoituun. Näin voidaan päätellä, ovatko muutokset kasvillisuudessa ja ilmastossa olleet yhtäaikaisia. Tässä tutkielmassa pääasiallinen kiinnostuksen kohteeni on kasvillisuuden vaihtelun, hiilen kertymisen ja ilmaston yhteys. Tutkimani ajanjakso kattaa viimeiset vuosisadat. Tulokset kahdelta tutkimuspaikalta Abiskosta ja Tavvavuomasta, osoittivat samansuuntaista kehitystä turpeen ja hiilen kertymisessä. Kaksi päälajia molemmilla paikoilla olivat Sphagnum fuscum (ruskorahkasammal) ja Dicranum elongatum (tunturikynsisammal). Usein nämä lajit ovat valtalajeina suhteellisen pitkiä ajanjaksoja. Tavvavuomassa lajisto vaihteli enemmän. Samoin sieltä kerätty turvesarja oli radiohiiliajoitukseen perustuen tutkimuksen vanhin, noin 8000 vuotta. Selkeitä merkkejä keskiajalla havaitusta poikkeuksellisesta lämpötilojen noususta, tai sen jälkeisestä pienestä jääkaudesta ei aineistostani löytynyt. Sen sijaan pienen jääkauden jälkeinen ilmaston lämpeneminen on muuttanut tutkimussoiden kasvillisuutta yleisesti kuivemmissa oloissa viihtyväksi lajistoksi. Tämä on vaikuttanut positiivisesti hiilen kertymiseen, kiihdyttäen sitä erityisesti 1900-luvun vaihteen jälkeen. Tulosteni mukaan, kasvillisuus seurailee ilmastollisia ja siten suon hydrologisia olosuhteita. Omat tulokseni ovat yhdenmukaisia edeltävien tutkimusten kanssa.
Peatlands are roughly divided into bogs, which are dry and ombotrophic, and fens, which are wet and minerotrophic. Bog vegetation typically consists of dwarf shrubs, lichens, and especially of peat forming white mosses Sphagna spp. White mosses, yet different taxa, also occur on fens and are accompanied by various sedges Carex spp. and Eriophorum spp. Human activities are changing the climate. These activities increase greenhouse gas concentrations in the atmosphere, which in turn causes global climate warming. It is not yet resolved how the warming is affecting the ecosystems and what are the response mechanisms. Peatlands cover a considerable area, i.e. 4 million square kilometres of the Northern hemisphere, including continuous, intermittent or sporadic permafrost, the latter especially vulnerable to thawing. Since their formation following the deglaciation ca. 11 700 years ago, the Northern hemisphere peatlands have acted as carbon sinks storing great amount of atmospheric carbon as accumulated peat. This is due to the slow decomposition rate under cold climate. Simultaneously peatlands release carbon back to the atmosphere via microbial activity, which is largely regulated by hydrological conditions and associated plant composition. Carbon dioxide (CO2) release in aerobic conditions happens mainly through respiration of the living organisms, while in wet anaerobic conditions methane (CH4) is released due to methanogenic processes. The rate of peat, i.e. carbon, accumulation and release has varied over time due to for instance prevailing climate conditions. Mire surface is a mosaic of hydrological and thus vegetational patterns. Different taxa thrive in different growing conditions and furthermore, respectively, can affect the carbon dynamics. While long-term autogenic succession changes surface vegetation and microtopography, also allogenic forcing, such as climate and warming alter habitat conditions and for instance lead to permafrost thawing. Currently, especially thawing of permafrost is a concern worth noticing. Thawing ice might cause water saturated conditions, which in turn may lead to increase in methane emissions. Past changes in prevailing vegetation can be studied through stratigraphical examinations of peat. The accumulated peat layers reflect drier and wetter conditions, and these can be identified by distinguishing the remaining plant macrofossils. The reconstructed changes in past vegetation can be dated with radiometric methods and then compared with paleoecological climate data or meteorological measurements to evaluate if the changes in vegetation and carbon accumulation correspond to changes in climate. In this study I investigate the relationship between past changes and peatland vegetation, carbon accumulation and climate. The focus time period covers the last centuries. My thesis consists of two case studies from northern Sweden permafrost peatland areas, Abisko and Tavvavuoma. The two main taxa, which dominated the plant assemblage were Sphagnum fuscum and Dicranum elongatum. In Tavvavuoma the plant composition varied more than composition in Abisko. Also, the oldest peat section was from Tavvavuoma, where bottom age of the peat section was ca. 8000 years old. The peat and carbon accumulation data indicate similar patterns for both study sites. No clear signs of the generally warmer Medieval Climate Anomaly or colder Little Ice Age were found in my data, but at both study sites the warming after Little Ice Age has shifted vegetation towards a drier assemblage and this has affected the carbon accumulation rates positively especially since the turn to 20th century. According to my data, it can be suggested that vegetation composition and carbon accumulation follow the climatological and thus hydrological conditions, thus my results are in accordance with earlier studies.
Keyword(s): climate change permafrost peatlands plant macrofossil analysis carbon accumulation radiocarbon dating lead dating peatland climate response


Files in this item

Files Size Format View
Hyppola_Ronja_Pro_gradu_2019.pdf 42.03Mb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record