INSULATE: How above- and belowground biotic traits shape insulation of permafrost in a warming Arctic

I Arktis finnes store områder med permafrost, som inneholder enorme mengder drivhusgasser fanget i jorda under det øvre aktive laget. I tider med klimaendringer og stadig stigende temperaturer vil disse gassene over tid slippes ut i atmosfæren. I dag har vi et stort kunnskapshull når det gjelder isolasjonsevnen til den lokale arktiske vegetasjonen og mikrobiota som lever lengre nede i den frosne bakken. Vi vet at planter kan isolere den frosne bakken til en viss grad, men tidligere studier har satt søkelys på plantedeler oppå jorden, og de underjordiske rotsystemet og den gåtefulle mikrobielle delen har ikke vært inkludert i disse studiene. Mesteparten av vår kunnskap er basert på studier i den sydlige del av Arktis, mens de økologiske drivere mellom lav- og høyarktis kan være forskjellige. Det er en tydelig økning av grønn vegetasjon i de arktiske områdene, referert til som "Arctic Greening", men det er fortsatt uviss om denne økte vegetasjonen kan fungere som et isolasjonslag og kan motvirke tiningen av den arktiske permafrosten. INSULATE har som mål å studere effekten av klimaendringer, både biotiske (vegetasjon, mikrobiota) og abiotiske faktorer (f.eks. temperatur) på permafrostisolasjon gjennom et helt polarår i høyarktis. I løpet av dette prosjektet vil vi overvåke arktisk biota ved å benytte allerede etablerte borehullsinfrastrukturer som finnes i den høyarktiske tundraen på Svalbard. Disse borehullene er boret flere meter dype, hvor vi har dokumenterte jordtemperaturer i tillegg til sediment- og berggrunns-sammensetning. Vi vil i dette prosjektet kombinere nye felt- og laboratorieteknikker og toppmoderne kjemiske og DNA-baserte målinger. På denne måten vil INSULATE skille mellom bidrag fra over- og underjordiske komponenter og klimatiske faktorer i isolerende permafrost. Vi ønsker med dette å identifisere vippepunkter innen økologisk beskyttelse av arktisk biota, og forutsi effekten av mulig fremtidig isolasjon av arktisk vegetasjon i et varmere Arktis.

Permafrost is thawing at unprecedented rates with rising temperatures in the Arctic, releasing large amount of greenhouse gases into the atmosphere. Currently, there is a large knowledge gap on the insulative effects of Arctic biota on the frozen ground. There is also a great urgency to understand whether drivers of permafrost insulation differ between High and Low Arctic environments, and whether Arctic greening might counteract the thawing of the Arctic. INSULATE aims to study the interactive effects of climate change and (a)biotic factors on permafrost insulation in both warm and cold seasons in the High Arctic. We will monitor Arctic biota at established borehole infrastructures in the High Arctic tundra of Svalbard. Combining new field and lab techniques and state-of-the-art chemical and DNA-based measurements, INSULATE will (1) disentangle the contribution of above versus belowground components and climatic factors to insulation of permafrost. It will investigate how they affect (2) soil temperatures and active layer thickness, (3) by including Low Arctic sites, identify tipping points in ecological protection by Arctic biota, and (4) predict future insulation by Arctic biota in a warming Arctic. Our project faces challenges linked to the planned interdisciplinary studies, and the complexity of year-round field work in the Arctic. The success of the project is guaranteed by the involvement of an interdisciplinary team of world-leading Arctic researchers who are part of world-wide research networks, the excellence of the research facilities, field logistic and infrastructure available to the team, and the high quality of the project organization. INSULATE will significantly increase our understanding of insulation properties and buffering potential of thawing permafrost under the largest threats to High Arctic ecosystems. The results will be of a global importance and relevant to the scientific community, stakeholders and to the public.