Carbon stock and geological development of a peatland in Karlshaugen nature reserve

Abstract

Carbon stocks of peatlands is of growing interest due to the ability to store large amounts of carbon. To provide data of this subject this master thesis presents results from a study of a peatland within a forest nature reserve outside of Oslo, Norway. First, peat volume was estimated using a combination of ground penetrating radar survey and GIS tools (EkkoPulse software, ArcMap and Excel). Second, sediment cores retrieved from the peat were analysed in the laboratory to analyse the bulk density and carbon content of the organic material and to calculate the carbon stock of the peatland. The data were also used to explain how this peatland has developed. The volume of the total peatland analysed by the ground penetrating radar was calculated to be 6487 m3. Degree of decomposition, described by the von Post scale, shows similar trends for all four cores; it is low in the shallow peat and increases with depth where they stabilize at level 6-8. Using Loss On Ignition as total amount of organic material gave values well above 90%, except for the samples that visibly contain minerogenic material. These results were consistent with results from total carbon analysis using LECO Truspec instrument finding total carbon content of peat core MM1to be 47-55%. The total carbon content of the remaining three cores were determined by regression analysis to be 50-53% in core MM2, 5154% in core MM3 and 52-54% in core MM4. Carbon stocks in MM1 range from 2 kgC/m2 to 7 kgC/m2. The total amount of carbon stored in this peatland is calculated to be 278 ton. For the top meter the carbon stock is 41.1 kg/m2. The hypothesis for the formation of this peatland being a depression in bedrock filled with water to form a pond, later filled with sediments and organic material was supported by the shape of the peat basin illustrated in the GPR survey, and the fine minerogenic material in the bottom part of peat core MM1. Further field observations support peatland boundary is changing, and it can be predicted that the rise in temperature and changes in precipitation might cause degradation of organic material in the peatland. This process may be part of a positive feedback loop with climate change.

Karbonlager i myr er av økende interesse grunnet deres evne til å lagre store mengder karbon. For å belyse dette temaet presenterer denne oppgaven resultater fra en studie av en myr i Karlshaugen naturreservat i Nordmarka, Oslo. Volum av myra ble kartlagt ved en kombinasjon av georadar og GIS-verktøy (EkkoPuls-programvare, ArcMap og Excel). Videre ble fire sediment kjerner hentet opp fra myra, og analysert for tetthet og karboninnhold. Dette er brukt til å estimere mengde karbon lagret i myra. Basert på data fra undersøkelsen er det også utformet en forklaring på hvordan denne myra er dannet og har utviklet seg. Volumet av den delen av myra som er kartlagt med georadar er estimert til 6487 m3. Grad av nedbrytning i materialet, beskrevet ved hjelp an von Post skalaen, viser lignende utvikling i de fire kjernene. I det grunne myrmaterialet er det en lav grad av nedbrytning, mens den øker i dybden, og stabiliserer seg på nivå 6-8. Ved bruk av glødetap er mengde organisk materiale i prøvene bestemt, dette ga resultater på godt over 90%, bortsett fra de prøvene som inneholdt mineralsk materiale. Disse resultatene samsvarer med analysene for karbon innhold gjennomført ved bruk av LECO Truspec instrument. Disse viser karboninnhold på 47-55% for kjerne MM1. Karbon innholdet i de resterende kjernene er bestemt med en regresjonsanalyse, som ga resultater på 50-53% for kjerne MM2, 51-54% for kjerne MM3 og 52-54% for kjerne MM4. Karbonlager utregninger for kjerne MM1 variere fra 2 kgC/m2 til 7kgC/m2. Den totale mengden karbon lagret i denne myra er estimert til 278 tonn. For den øverste meteren i myra er karbonlageret beregnet til 41.1 kg/m2. Hypotesen for hvordan denne myra er dannet går ut på at en nedsenkning i grunnfjellet ble fylt med vann og dannet et tjern, som senere ble fylt med sedimenter og organisk materiale. Denne hypotesen er støttet av formen på myrbassenget som er godt illustrert i georadar undersøkelsen, og funn av mineral materiale i bunnen av den dypeste myrkjernen. Videre så støtter feltobservasjoner tidligere resultater om at denne myra er i endring, det kan antas at økning i temperatur og ening i nedbør kan føre til nedbrytning at organisk materiale og utslipp av karbon. Denne prosessen kan være en del av en positiv tilbakekoblingsmekanisme med globale klimaendringer.