Bij elke stap die hij zette, vielen de laarzen van Jon Nichols op de grond onder hem. Hij nam zijn omgeving op met een korrelige video van een mobiele telefoon en ondanks de vochtige, grijze dag, vormden de Chugach Mountains in Alaska nog steeds een prachtig decor voor de hoge sparren en het laaggroeiende struikgewas aan zijn voeten. Hij en twee collega's baanden zich een weg langs de randen van Corser Bog, een vochtig stuk aarde 10 mijl ten oosten van Cordova, Alaska, een eenzame stip op de kaart niet ver van waar de Exxon-Valdez-olietanker in 1989 aan de grond liep.
"Op we sjokken, " zei Nichols, "door de muskeg meander."
Muskeg is een andere naam voor de turfmoerassen die hij bestudeert, en Nichols zocht die dag in 2010 door de modder op zoek naar kernmonsters om te leren hoe het 12.000 jaar oude moeras werd gevormd. Als paleo-ecoloog en turfonderzoeker bij het Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University, werkt Nichols nog steeds om te begrijpen hoe turf is ontstaan en hoe het zich in de toekomst zou kunnen vormen - of vergaan.
Ten tweede alleen voor de oceanen in de hoeveelheid atmosferische koolstof die ze opslaan, zijn veengebieden een integraal onderdeel van de koolstofcyclus van de aarde. Het meeste veen begon zich te vormen na de laatste ijstijd, ongeveer 12.000 jaar geleden, en al millennia lang waren het belangrijke koolstofreservoirs. Maar nu, met een verwarmende planeet en nieuwe weerpatronen, is de toekomst van veengebieden in twijfel getrokken, inclusief hoe snel ze al hun opgeslagen koolstof in de vorm van koolstofdioxide zouden kunnen vrijgeven.
Volgens de huidige schattingen wordt ongeveer drie procent van het aardoppervlak van de planeet overgedragen aan veengebieden. Ondanks het belang van veen in de koolstofcyclus van de aarde, vullen wetenschappers nog steeds basisgegevens over deze habitats in, inclusief waar ze zijn, hoe diep ze gaan en hoeveel koolstof ze bevatten.
De grootste veengebieden bestaan op koude, voortdurend vochtige plaatsen zoals Alaska, Noord-Europa en Siberië. Maar er zijn ook aanzienlijke deposito's gevonden in Zuid-Afrika, Argentinië, Brazilië en Zuidoost-Azië. Tot het begin van de 20e eeuw dachten wetenschappers dat de tropen te warm waren - en gevallen plantenmateriaal te snel werd geconsumeerd door insecten en microben - om veengebieden te herbergen.
Maar wetenschappers blijven ze vinden. Onderzoekers ontdekten in 2014 een veenmoeras ter grootte van Engeland in het stroomgebied van de Congo-rivier. En een ander onderzoek uit 2014 beschreef een 13.500 vierkante mijl veengebied op een van de zijrivieren van de Amazone in Peru met naar schatting 3, 4 miljard ton koolstof.
Veenmoerassen, een andere term voor veengebieden, zijn nat, zeer zuur en bijna vrij van zuurstof. Deze omstandigheden betekenen dat de ontbinding vertraagt tot kruipen. Planten-, dieren- en menselijke overblijfselen die in veengebieden vallen, kunnen perfect bewaard blijven voor honderden, zo niet duizenden, jaren. De koolstof in deze ooit levende organismen wordt gevangen, langzaam begraven en afgezonderd van de atmosfeer gedurende millennia.
Maar wat zou er gebeuren als deze koolstofreserves werden uitgewist? Het is een dringende puzzel die wetenschappers nu moeten confronteren, ook al beginnen ze pas vragen te beantwoorden over de overvloed en verspreiding van veen.
"Ze zijn belangrijke gebieden voor koolstofopslag", zegt Marcel Silvius, een klimaat-slimme landgebruik specialist bij Wetlands International. "Als we ze slecht behandelen, afvoeren en opgraven, worden ze grote koolstofschoorstenen."
Tikkende tijdbommen?
In Alaska en op de meeste noordelijke breedtegraden bedreigen smeltende permafrost en veranderende regenpatronen veengebieden. Maar in de tropen is er al een ander soort snel evoluerend - en onbedoeld - experiment aan de gang.
Als alle koolstof in de veengebieden van de wereld plotseling zou verdampen, zou er ongeveer 550 tot 650 miljard ton koolstofdioxide in de atmosfeer terugstromen - ongeveer twee keer het volume dat is toegevoegd sinds het begin van de industriële revolutie. Aangezien veengebieden tussen de 15 en 30 procent van de koolstofvoorraden in de wereld inhouden, kan hun potentieel om de aarde plotseling te verwarmen nauwelijks worden onderschat.
"Vanwege hun constante opname van koolstofdioxide, koelen [veengebieden] het klimaat eigenlijk", zegt René Dommain, een expert in tropisch veen bij het Smithsonian National Museum of Natural History. Als veengebieden stoppen met het opslaan van koolstofdioxide, is niet te zeggen wat de milieueffecten op lange termijn zouden zijn.
De totale, gelijktijdige vernietiging van veengebieden in de wereld is onwaarschijnlijk. Maar de 14 procent van de turfvoorraad ter wereld - ongeveer 71 miljard ton koolstof - die is opgeslagen in de tropische veengebieden van Zuidoost-Azië, staat op een afgrond.
In Maleisië en Indonesië bestaan veenlagen onder dicht beboste laaglandbossen die de laatste decennia gestaag zijn gekapt en drooggelegd voor de landbouw. Terwijl bomen worden verwijderd en veengebieden opdrogen, beginnen de afzettingen op een aantal verschillende manieren koolstof af te geven.
Wanneer turf wordt blootgesteld aan lucht, begint het te ontleden, waardoor koolstofdioxide in de atmosfeer vrijkomt. Turf kan ook wegspoelen langs de kunstmatige kanalen die het water afvoeren, waardoor de koolstofvoorraden ver stroomafwaarts worden getransporteerd. Droge turf ontsteekt ook gemakkelijk, vaak oncontroleerbaar brandend of smeulend diep in de lagen van een afzetting als een kolenzoomvuur. Deze terugkerende branden pompen as en andere deeltjes in de lucht, wat zorgt voor volksgezondheidsproblemen zoals ademhalingsproblemen en spurtvacuaties in de gebieden waar ze optreden.
Vanaf 2010 was 20 procent van de veenmoerasbossen op het Maleisische schiereiland en de eilanden Sumatra en Borneo gekapt voor Afrikaanse oliepalmplantages of voor de teelt van acacia (die wordt gebruikt om pulp te produceren voor papier en andere houtproducten.) Buiten van Papoea-Nieuw-Guinea, dat 12 tot 14 miljoen hectare ongerept veenbos bezit, blijft slechts 12 miljoen hectare veenmoerasbos over in de Indonesische archipel.
Met de huidige snelheid van vernietiging, zullen de resterende bossen buiten Brunei, waar de bossen goed worden bewaard, tegen 2030 volledig zijn uitgeroeid, zegt Dommain.
Onder ideale omstandigheden, zegt hij, kunnen intacte tropische veengebieden tot een ton kooldioxide per hectare per jaar opslaan. Maar vanwege destructieve landbouwpraktijken en nieuwe schommelingen in weerpatronen, verliezen de veengebieden van Zuidoost-Azië elk jaar ongeveer 22 tot 31 ton koolstofdioxide per hectare. Dat is meer dan 20 keer wat deze gebieden jaarlijks opslorpen.
In de afgelopen twee decennia is de uitstoot van kooldioxide uit gedraineerde en aangetaste veenmoerasbossen in Maleisië en Indonesië meer dan verdubbeld, van 240 miljoen ton in 1990 tot 570 miljoen ton in 2010, zegt Dommain. Hij is van plan deze analyse later dit jaar in een boek te publiceren.
Verborgen caches aanwijzen
Veel van de onzekerheid in veenonderzoek komt voort uit het feit dat wetenschappers niet de volledige omvang van de veenreserves van de planeet kennen. Veengebieden zijn relatief klein, wijd verspreid en moeilijk te vinden. Dus het grootste deel van de vroege 20e eeuw kwam veel van wat bekend was over veenreservaten over de hele wereld uit de schriftelijke observaties van natuuronderzoekers die door afgelegen gebieden trokken die nieuwe landschappen beschrijven en onbekende soorten ontdekken.
Sindsdien hebben nieuwe satellietbeelden en analyses, gegevens over stilstaand oppervlaktewater, heronderzoek van oude kaarten en meer wetenschappelijke expedities veel van de leemten in onze kennis van waar veengebieden bestaan, opgevuld. Maar er is nog veel te leren.
Op basis van een lappendeken van gegevens uit veel verschillende bronnen, denken wetenschappers dat ze goede schattingen hebben van de hoeveelheid turf die er is, zegt Nichola's Nichola's. Maar veel van onze kennis over de locatie van veengebieden is gebaseerd op extrapolatie, legt hij uit, en slechts een beperkt aantal van die schattingen zijn geverifieerd door grondgebonden beoordelingen.
"Hoeveel turf er is, is een grote vraag waar we nog steeds grip op proberen te krijgen", zegt Nichols.
Een deel van het probleem is geografie. Turfwinkels zijn meestal onmogelijk afgelegen, vijandige plaatsen. Het Corser Bog van Alaska is bijvoorbeeld alleen per vliegtuig of boot bereikbaar. Op noordelijke breedten waagden mensen zich eenvoudigweg niet in aantallen in de gebieden waar veen zich vormt. En in de tropen, hoewel er veel mensen zijn, hebben ze historisch gezien veenmoerassen vermeden. Deze gebieden zijn arm aan voedingsstoffen en ongeschikt voor landbouw.
Een ander probleem is dat, hoewel de oppervlaktegrenzen van een veengebied de neiging hebben goed gedefinieerd te zijn, de diepte vaak niet. Satellieten en op de grond doordringende radar kunnen alleen zo ver naar beneden kijken - van sommige moerassen in Ierland en Duitsland is bekend dat ze 50 voet diep zijn, ver voorbij de capaciteit van zwervende satellieten om te meten. Het nemen van kernen blijft dus de beste manier om de diepte van een veengebied te bepalen.
Voor wetenschappers die veengebieden bestuderen, is dat niet zo eenvoudig als het lijkt. Ze moeten elke dag hun apparatuur slepen voor het nemen van monsters en metingen vanuit een droog, ver weg bivak. Maar zodra de onderzoekers ter plaatse zijn, kunnen ze niet te lang stil blijven staan, anders beginnen ze te zinken.
"Als je een turfkern neemt en deze droogt, bestaat 90 procent van het monster uit water", zegt Dommain. "Wandelen op een veengebied is zo dichtbij als je bij Jezus kunt komen, omdat je in wezen op water loopt."
Mentangai veenmoerasbos, centraal Kalimantan (Foto door Marcel Silvius, Wetlands International) 
Een deel van gedegradeerd en verbrand veenmoeras in centraal Kalimantan dient als een proefgebied voor paludicultuur in april 2009. (Foto door Marcel Silvius, Wetlands International) 
Een veenmoerasbos brandt in september 2015 in Palangka Raya, Borneo. (Foto door Björn Vaughn) 
Obadiah Kopchak (links) en postdoctoraal onderzoeker Chris Moy verrichten dieptemetingen in Corser Bog in Alaska. Bij het zoeken naar mogelijke veenkeringsplaatsen doen onderzoekers voorlopige dieptemetingen door een metalen staaf in het moeras te dompelen. (Foto met dank aan Jon Nichols) 
Onderzoekers extruderen zorgvuldig een vers veenkernmonster in de Belait veengebieden van Brunei, die bijna 15 voet diep en 2.800 jaar oud is. 
Een scan van een veenkern laat zien hoe dood plantmateriaal dicht wordt verdicht gedurende de vele duizenden jaren waarin het zich ophoopt. (Foto met dank aan Jon Nichols) Nieuwe weergaven schetsen
In het veld is het proces van het bepalen van de fysieke omvang van de koolstofreserves van de veenmoerassen een langzaam en vaak frustrerend proces. In tropische veenbossen - waar lagen hele bomen, wortels en ander houtachtig materiaal omvatten - kunnen zelfs de gespecialiseerde gekartelde apparaten die worden gebruikt om kernmonsters te extraheren voor studie soms niet ver doordringen. Op een goede dag kunnen onderzoekers misschien een enkel bruikbaar monster extraheren.
Het meten van de snelheid van gasuitwisseling, of flux, tussen de veenmoerassen en de atmosfeer is een andere techniek die wetenschappers gebruiken om te bestuderen hoe deze gebieden zich gedragen.
Alex Cobb, een onderzoekswetenschapper bij de Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), gebruikt verschillende technieken om de koolstofflux te meten van zowel verstoorde als ongerepte veenmoerassen op het eiland Borneo. Uit verschillende steiger-torens - waarvan er één een meter boven de bosbodem uitsteekt om de stijgende luifel van de Shorea albida- boom te verwijderen - meten instrumenten windsnelheid, temperatuur en de snelheid van uitwisseling van kooldioxide, methaan en stikstofoxide tussen de atmosfeer en het ecosysteem eronder . Cobb en zijn collega's hopen dat hun monitoring hen een beter inzicht zal geven in hoe veranderingen in het watersysteem veenbossen beïnvloeden en hoe koolstofcyclus dienovereenkomstig verandert.
"Een ding dat een uitdaging is, is dat veel koolstof wordt getransporteerd [uit de venen] in het grondwater, " legt Cobb uit. Organische stof in het water verandert de vloeistof in de kleur van sterke thee, waar zwartwaterrivieren vandaan komen, zegt hij. "Dat [water] kan 10 tot 20 procent uitmaken van de totale koolstofflux die uit een aangetast veengebied komt."
Een volledig begrip van de omvang van de turfvoorraden en hoe moerassen zich gedragen, blijft buiten bereik. Dus het vermogen om hun gedrag te voorspellen, evenals hoe hun bijdragen aan de wereldwijde koolstofcyclus in een groter klimaatmodel passen, blijft een ongrijpbaar doel.
De toekomst van turf voorspellen
Naarmate het klimaat warmer wordt, kunnen veengebieden een van twee manieren volgen als ze aan hun lot worden overgelaten. Door de uitbreiding van het plantengamma kan de accumulatie van veen toenemen, waardoor deze gebieden behouden blijven als koolstof zinkt. Of opwarming veroorzaakt neerslagschommelingen die ervoor zorgen dat veengebieden worden afgebroken tot koolstofbronnen. Niet elk veengebied zal op dezelfde manier reageren op opwarming, dus onderzoekers hebben computermodellen nodig om alle mogelijkheden te bekijken.
Modellering stelt wetenschappers in staat om veenlandfuncties te benaderen in gebieden waar nog nooit veldmetingen zijn uitgevoerd. Nauwkeurig simuleren van veengedrag zou onderzoekers in staat stellen de koolstof- en broeikasgasfluxen te schatten zonder de gigantische inspanning te doen om elke turfafzetting in het veld te bezoeken.
Maar onderzoekers hebben gegevens nodig om nauwkeurige modellen te bouwen, en de gegevens die tot nu toe zijn verzameld, zijn lang niet volledig genoeg om te gebruiken in grootschalige simulaties. "Gegevens zonder modellen zijn chaos, maar modellen zonder gegevens zijn fantasie, " zegt Steve Frolking, een biogeochemist bij de Universiteit van New Hampshire, die computermodellen ontwikkelt voor hoe veenreserves reageren op natuurlijke en menselijke verstoringen.
Klimaatmodellen kijken tegelijkertijd naar kleine stukjes gebied; de rastercellen van een hoge resolutie zijn ongeveer 62 vierkante mijl groot. Maar dit is nog een te groot gebied om veengedrag nauwkeurig te bestuderen.
Een ander probleem is dat elk veengebied onderscheidende waterstroomkenmerken heeft die sterk afhankelijk zijn van gelokaliseerde factoren zoals topografie en vegetatie. Net als doorweekte kleine vlinders is elk veenmoeras speciaal, en het creëren van een computermodel dat hun gedrag weergeeft door een klein beetje grondobservaties leidt tot enorme discrepanties wanneer het op een wereldwijde schaal wordt toegepast.
"Waar ze zijn of hoe ze met elkaar omgaan maakt geen deel uit van het detail in deze modellen, " zegt Frolking. “En voor veen heeft dat een grote impact op de hydrologie. Wanneer je op een schaal van 100 kilometer werkt en je probeert de waterspiegel binnen een paar centimeter te modelleren, wordt het echt, heel moeilijk. "
Het derde probleem is tijd. Veengebieden ontwikkelen zich gedurende millennia, terwijl de meeste klimaatmodellen in de orde van eeuwen werken, zegt Thomas Kleinen, een wereldwijd model voor koolstofcyclus bij het Max Planck Instituut voor Meteorologie. Dit maakt het moeilijk om te bepalen hoe een veengebied zich in de toekomst zal ontwikkelen.
Om veengebieden echt te kunnen integreren in mondiale koolstof- en klimaatmodellen, zijn uitgebreidere kaarten nodig, evenals meer gegevens over de soorten planten in elk veengebied, waar en hoe water zich ophoopt, en de diepte van de afzettingen.
Satellietgegevens zijn nuttig, evenals kaarten gemaakt met gegevens verzameld door onbemande luchtvaartuigen, maar elk heeft zijn beperkingen. Satellieten kunnen niet ver doordringen tot in de dichte jungle of in de grond. En terwijl kleine landen zoals Brunei al hun veenmoerasbossen in kaart hebben gebracht met LiDAR - een lasersysteem op het vliegtuig dat onder andere gedetailleerde topografische kaarten of vegetatiekaarten kan maken - is het onwaarschijnlijk dat uitgestrekte landen met contant geld zoals Indonesië zullen volgen.
Het tij keren
Terwijl wetenschappers haast maken om meer gegevens te verzamelen en wereldwijde klimaatmodellen samen te voegen die nauwkeurige weergaven van veengebieden bevatten, worden inspanningen geleverd om de snelheid van vernietiging van het veen in Zuidoost-Azië te verminderen.
Het Indonesische Peatland Restoration Agency, begin 2016 samengesteld, wil de komende vijf jaar 4, 9 miljoen hectare aangetast veen herstellen door het gebruik ervan te reguleren. Het bureau zal de kanalen graven die al door veengebieden zijn gegraven, bemiddelen in bosgebruiksrechten en bewustwording bij omwonenden over de voordelen van het behoud van veenmoerassen. De Noorse regering en het United States Agency for International Development (USAID) hebben in totaal $ 114 miljoen toegezegd aan de inspanningen van Indonesië.
De Indonesische president Joko Widodo heeft eind vorig jaar ook een decreet uitgevaardigd dat het opruimen van nieuwe veengebieden verbood, hoewel er al lokale beperkingen waren. Silvius, van Wetlands International, is sceptisch, het verbod zal werken, vooral omdat Indonesië een doel heeft gesteld om de palmolieproductie tegen 2020 te verdubbelen. Hoewel ze een agrarisch gebied zijn van het laatste redmiddel, zijn veenmoerasbossen het enige overgebleven land beschikbaar voor de landbouw.
En met wijdverspreide armoede in het gebied, voegt Dommain van Smithsonian eraan toe dat het verwachten van de regio om af te zien van de lucratieve winst van palmolie, vergelijkbaar is met het vragen van Saoedi-Arabië om te stoppen met het pompen van olie.
"Menselijke acties worden bepaald door winst op korte termijn en niet door wat er gebeurt in 10, 50 of zelfs 100 jaar, " merkt Dommain op. "Het is moeilijk te zien dat er een enorme verandering in deze economische focus zal plaatsvinden."
Echter, als de laaggelegen veengebieden die de Maleisische en Indonesische kustlijnen omringen, worden afgevoerd om plaats te maken voor plantages, zullen ze uiteindelijk onder zeeniveau zinken. Dit kan ze permanent onder water zetten, waardoor het land ongeschikt is voor landbouw.
Er zijn echter manieren om deze habitats te behouden en tegelijkertijd te gebruiken om gewassen te telen. Sinaasappels, rotan, theeboom en sagopalm zijn voorbeelden van ongeveer 200 gewassen die kunnen worden gekweekt in een veenmoeras. Sommige bedrijven proberen een verscheidenheid aan illipe noot te ontwikkelen, van de moerasminnende Shorea stenoptera, met verbeterde opbrengsten. Gebruikt als vervanging voor cacaoboter in chocolade of in huid- en haarcrèmes, kan illipe op een dag helpen in schema's om gedraineerde en gedegradeerde veenmoerassen te "bevochtigen".
'De Indonesische regering ziet nu dat een uitgeput veenlandgebruiksysteem vraagt om problemen', zegt Silvius. "Ze zullen het vrijwillig moeten afbouwen, of het zal door de natuur worden afgebouwd als alles verloren is."
