<p>Worrall et al. (2016, 2017, 2018) have determined the processes of organic matter transfer, transition and peat formation through and into a blanket bog at Moor House, UK (N54:41:18, W2:22:45 &#8211; altitude 580 m asl; MAT 5.8 deg C; rainfall 2012 mm/yr). These examinations indicated a transition from plant material to superficial and deeper peat that became thermodynamically limited around 40&#160;cm depth with a continuous increase in the degree of unsaturation of the organic matter. However, it is not clear whether the same processes observed at Moor House are ultimately a universal pattern of peat formation and organic matter transitions or are site&#8211;specific. Therefore, to test theories developed at Moor House, peat formation and organic matter transitions were examined at a continental raised bog (P&#252;rgschachen Moor, Austria, N47:34:53, E14:20:48 &#8211; altitude 632&#160;m asl; MAT 7.3 deg C; rainfall 1248 mm/yr).</p><p>To test our developed theories the following were sampled: vegetation (Sphagnum, cotton grass and pine); dissolved organic carbon (DOC); and peat samples between 0 and 100 cm depth. Samples were dried, ground, and analysed by elemental analysis (for CHN and O), bomb calorimetry, and thermogravimetric analysis.</p><p>Results show that the pattern of a continuously rising degree of unsaturation from superficial to deeper peat does not prevail at the raised bog. At P&#252;rgschachen Moor, the degree of unsaturation does not change between vegetation and superficial and deeper peat and there is little difference between the composition of vegetation and peat. At Moor House there appears to be an evolution from a cellulosic/Protein composition towards a lignin/protein composition, while at P&#252;rgschachen, vegetation and peat appears to be composed more strongly of pure cellulose. Furthermore, thermodynamic limitation at the raised bog occurs in the top 10 cm of the peat profile. However, DOC at both sites show signs of strong alteration compared to peat samples. DOC export is an important pathway at Moor House (blanket bog) but not at P&#252;rgschachen Moor (raised bog). Therefore, we deduce that the immobile DOC and the lack of pore water movement lead to a closed system and a rapid preservation of the peat in the raised bog. In contrast, mobile DOC and the fluvial export promotes a relatively open pore water system that drives further chemical reaction in the organic matter.</p><p>Our research indicates that, depending on relief and rainfall, there are distinctly different pathways of peat formation in blanket bogs compared to raised bogs. Furthermore, this provides direct chemical evidence of why high and static water tables preserve organic matter in raised bogs leading to higher relative carbon sequestration rates.</p><p>&#160;</p><p><strong>References:</strong></p><p>Worrall, F., Clay, G.D., Moody, C.S., Burt, T.P., and R.Rose. (2016). The effective oxidation state of a peatland. JGR-Biogeosciences, 121, 145-158.</p><p>Worrall, F., Moody, C.S., Clay, G.D., Burt, T.P., and R.Rose. (2017). The flux of organic matter through a peatland ecosystem &#8211; the role of cellulose, lignin and their control of the oxidation state. JGR-Biogeosciences 122, 7, 1655-1671.</p><p>Worrall, F., Moody, C.S., Clay, G.D., Burt, T.P., and R.Rose. (2018). Thermodynamic control of the carbon budget of a peatland. JGR-Biogeosciences 123, 6, 1863-1878.</p>
Abstract. Using peat bogs as palaeoenvironmental archives is a well-established practice for reconstructing changing climate and anthropogenic activity in the past. In this paper, we present multi-proxy analyses (element geochemistry, pollen, non-pollen palynomorphs, stable Pb isotopes, humification, ash content) of a 500 cm long, 14C-dated peat core covering the past ∼5000 years from the ombrotrophic Pürgschachen Moor in the Styrian Enns valley (Austrian Alps). Early indications of low settlement and agricultural activity date to ∼2900 cal BCE. An early enrichment of Cu was found in peat layers corresponding to the late Copper Age (∼2500 cal BCE). These enrichments are attributed to Cu mining activities in the Eisenerz Alps. More pronounced increases in cultural indicators (cultivated plants, shrubs, herbs, charcoal) in the pollen record and enrichments of trace metals suggest significant human impact in the vicinity of Pürgschachen Moor in the middle Bronze Age (∼1450–1250 cal BCE), in the late Bronze Age (∼1050–800 cal BCE) and in the period of the late La Tène culture (∼300 cal BCE–1 cal CE). The greater part of the Iron Age and the Roman imperial period are each characterized by a general decline in anthropogenic indicators compared to previous periods. Distinct enrichments of Pb and Sb in the sample that corresponds to ∼900 cal CE are attributed to medieval siderite mining activity in the immediate vicinity of Pürgschachen Moor. The results of this interdisciplinary study provide evidence that strong, climate-controlled interrelations exist between the pollen record, the humification degree and the ash content in an ombrotrophic environment. Human activity, in contrast, is mainly reflected in the pollen record and by enrichments of heavy metals. The study indicates a dry period in the region of the bog around ∼1950 cal BCE.
Aufgrund der wassergesattigten anoxischen Bedingungen naturlicher Moore, ubertrifft die Pflanzenproduktion die Zersetzung und fuhrt zu geringen aber bestandigen Kohlenstoff (C)-Aufnahmeraten und zur Akkumulation von machtigen organischen Bodenschichten. Infolgedessen stellen Moore einen wesentlichen globalen Kohlenstoffspeicher dar, indem sie ~667 Pg C in ihren Torfkorpern speichern. Grose Mengen dieses C konnten aufgrund sich andernder klimatischen Bedingungen oder menschlicher Eingriffe in die Atmosphare freigesetzt werden. Deshalb sind verlassliche Messungen des C-Austausches zwischen Moorokosystemen und Atmosphare und Informationen uber die Torfzersetzung von besonderer Bedeutung. Ziel dieser Arbeit ist 1) die Auswertung eines zweijahrigen Datensatzes uber den Austausch von Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) zwischen einem Latschenhochmoor in den Ostalpen und der Atmosphare unter Verwendung der Eddy-Kovarianz-Methode, 2) das Aufdecken von Zusammenhangen und kleinraumigen Variationen der Torfzersetzung zwischen unterschiedlich stark degradierten Untersuchungsflachen in zwei alpinen Hochmooren und 3) die Einschatzung der Anwendbarkeit von stabilen C- und Stickstoff (N)-Isotopenverhaltnissen und Humifizierungszeigern, die von Fourier-Transformations-Infrarotspektralbanden (FTIR) abgeleitet werden, als Torfzersetzungszeiger.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit verdeutlichen, 1) dass Durreperioden sowie jahreszeitliche und zwischenjahrliche Schwankungen von Temperatur und Niederschlag sich stark auf den CO2 und CH4-Austausch der Moore im Alpenraum auswirken, 2) dass Indikatoren anhand derer der Grad der Torfzersetzung abgeleitet werden kann, stark miteinander zusammenhangen und deutlich von der nachtraglichen Torfzersetzung gepragt sind und 3) dass die FTIR-abgeleiteten Humifizierungsindices und die stabilen C und N-Isotopenzusammensetzungen gut geeignet sind, um C-Umsatze von Hochmoortorfen des Alpinen Raumes aufzuklaren. Diese Schlussfolgerungen implizieren eine hohe Sensitivitat des C-Kreislaufes der Hochmoore im Alpenraum auf sich verandernde Umweltbedingungen, sowohl fur C-Austauschraten auf Okosystemebene uber kurze Zeitperioden, als auch fur den Zersetzungsgrad des Torfmaterials, der das Ergebnis von Umsetzungsprozessen uber langere Zeitraume darstellt. Damit verdeutlichen die Ergebnisse die zu erwartenden starken Auswirkungen der prognostizierten klimatischen Veranderungen auf den C-Haushalt der Moore im Alpenraum und unterstreichen die Bedeutung des Moorschutzes aufgrund der ausgepragten Ruckkopplungseffekte auf den globalen Kohlenstoffhaushalt.
