Degrading palsa mires in northern Europe : changing vegetation in an altering climate and its potential impact on greenhouse gas fluxes

Abstract

The on-going global warming is projected to have large impacts on the arctic and subarctic
environment. Especially vulnerable are ecosystems with narrow climatic envelopes and with small
possibilities of adaptation. An example of this is the palsa mires, subarctic mire complexes with
patches of permafrost. Palsas are peat mounds with a frozen core, formed by the expansion and
upheaval of the segregating ice. Due to the dryer and more nutrient poor conditions on top of the
mounds, the palsa vegetation differs from the wet surroundings, creating a mosaic of different
microhabitats within the mire. The occurrence of palsas is determined by several environmental
and climatological factors, such as air temperature, precipitation, snow depth and peat thickness.
Hence, increasing precipitation and air temperature may induce thawing of the frozen peat and
subsidence of the peat surface, resulting in a thicker active layer and wetter conditions.
Consequently the vegetation may change, adapting to the increased wetness.
This study investigates changes in the vegetational patterns associated with degradation of palsas
on a regional scale, and its impacts on greenhouse gas fluxes (GHG). Field observations from
fifteen sites in northern Sweden, Finland and Norway showed that the observed vegetational
changes related to palsa degradation at the Stordalen mire (northern Sweden) can be considered a
general phenomena on a regional scale. Thus the GHG flux measurements from the Stordalen
mire may be used to quantify the potential change in GHG fluxes associated with climate
induced degradation of palsa mires in the region.
A simple model was built to estimate the areal change in palsa vegetation with a future climate
change. The modeling results showed a rapid decrease in areas suitable for palsas within the first
30-60 years: by 2020 the area suitable for palsas was reduced by 50%, and by 2050 no areas
suitable for palsas were left. The model projected areas dominated by the dryer palsa vegetation to
decrease to the benefit of sphagnum mosses and graminoids, due to the expected increased
wetness. The projected impact on GHG fluxes is an increase in both carbon dioxide uptake and
methane emissions, mainly due to the expansion of tall graminoid vegetation. Together with
similar studies these results may help to indicate what potential impacts a changing climate may
have on the distribution of palsa mires. However more research is needed for better
understanding the long term vegetational succession in degrading palsa mires and its impacts on
GHG fluxes with an altered climate.

Abstract (Swedish)

Med den globala uppvärmningen förutspås klimatet i arktiska och subarktiska miljöer förändras
påtagligt. Enligt IPCCs senaste rapport kan både temperatur och nederbörd öka dubbelt så
mycket som det globala genomsnittet, och störst ökning väntas under vinterhalvåret. Många
känsliga ekosystem och miljöer kommer med stor sannolikhet att påverkas redan vid små
förändringar. Ett exempel på sådana miljöer är palsar och palsmyrar. Palsar kan beskrivas som
torvkullar med en frusen kärna av torv, is och ibland silt. De bildas i subarktiska myrar genom att
den frusna kärnan tillåts växa till under ett antal år med lite nederbörd och låga temperaturer.
Palsar är dynamiska system som naturligt växer till och kollapsar och skapar därmed mosaikartade
myrmiljöer med hög artrikedom och rikt fågelliv. Med ökande lufttemperatur och nederbörd
riskerar palsarna emellertid att tina och kollapsa i snabbare takt än nybildningen vilket skulle leda
till att inslaget av palsar i subarktiska myrar blir allt mer sällsynt, något som flertalet studier redan
indikerat.
Studier från en palsmyr i Stordalen, strax öster om Abisko i norra Sverige, visar hur vegetationen
har förändrats under de senaste trettio åren som en följd av tinande permafrost. I den här studien
undersöks i vilken utsträckning dessa förändringar kan anses vara representativa för ett större
område. Studien bygger på fältobservationer från femton olika palsmyrar belägna i Sverige, Norge
och Finland. De dominerande vegetationstyperna har dokumenterats tillsammans med mätningar
av aktivt lager och markfuktighet. Resultatet visar att palsar som tinar och kollapsar generellt
följer samma vegetationsmönster som i Stordalen, där vitmossa och gräsarter gynnas av de
fuktigare förhållandena. Observationerna visade också en tendens till att upptiningen av palsar är
mer utbredd i de västligaste delarna jämfört med palsmyrar belägna länge österut.
En enkel modell utformades för att uppskatta hur stor areal palsmyrar som kan tänkas påverkas av
klimatförändringen i framtiden. Enligt modellen kan den nuvarande utbredningen av palsar ha
minskat med upp till 50% vid år 2020, beräknat på SCANNETs uppskattning av framtida
ökningar av årsmedeltemperatur och årsmedelnederbörd. Till följd av ökad markfuktighet
beräknas framför allt gräsvegetationen breda ut sig på bekostnad av de arter som är typiska för
palsvegetationen. En effekt av palsmyrarna blir fuktigare och till allt större del utgörs av
gräsvegetation är ett ökat utsläpp av metan. För framtida forskning krävs mer kunskap om hur
vegetationen i palsmyrar på lång sikt anpassar sig till nya förhållanden, för att med större säkerhet
kunna uppskatta den potentiella påverkan på växthusgasutbytet.

• author: Karlgård, Julia
• supervisor: Margareta Johansson; Torben Christensen
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• year: 2008
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: geography, physical geography, palsa mires, northern Europe, greenhouse gas fluxes
• publication/series: Lunds universitets Naturgeografiska institution - Seminarieuppsatser
• report number: 154
• language: English
• id: 1890250
• date added to LUP: 2011-12-19 10:18:34
• date last changed: 2011-12-19 10:18:34