Adaptacja artykułów podanych pod artykułem autora:
Permafrost, czyli zmarzlina wieloletnia, to zamrożona gleba na lądzie, w lodzie gruntowym czy też w nieporowatym podłożu skalnym lub pod oceanem utrzymująca się poniżej zera stopnia Celsjusza przez dwa lub więcej lat. Powstaje z lodu utrzymującego razem różne rodzaje gleby, piasku i skał. Wiele z nich leży u podstaw ekosystemów torfowych.
Prawie jedna czwarta półkuli północnej jest nią pokryta, z czego 85 % jest umiejscowione na Alasce , Kanadzie, Grenlandii , Islandii, Skandynawii i Rosji. Również lokalizacja zmarzliny występuje w Górach Skalistych Kanady i Alaski, w Alpach, w Himalajach oraz na półkuli południowej, ale tylko na szczytach górskich, w Ameryce Południowej w Patagonii i na obszarach Nowej Zelandii.
Rys.1. Globalna mapa wieloletniej zmarzliny, Międzynarodowe Stowarzyszenie Zmarzliny . Źródło: Brown, J., OJ Ferrians, Jr., JA Heginbottom i ES Melnikov, red. 1997. Okrężno-arktyczna mapa wiecznej zmarzliny i warunków lodowych. Waszyngton, DC: US Geological Survey we współpracy z Circum-Pacific Council for Energy and Mineral Resources. Seria Circum-Pacific Map CP-45, skala 1: 10 000 000, 1 arkusz .
Dzięki wzrostowi temperatury w tundrze, rozmrażanie wieloletniej zmarzliny następuje w dwojaki sposób: poprzez rozkład materii organicznej zawartej w niej powodującej uwalnianie dwutlenku węgla, metanu i podtlenku azotu oraz poprzez destabilizację hydratów metanu, zarówno głęboko pod ziemią, jak i pod morzami Arktyki (syberyjskimi), prowadzącą do uwalniania tego bardzo silnego gazu do atmosfery.
Arktyka – pochłaniacz węgla
Kevin Schaefer naukowiec wieloletniej zmarzliny w NSIDC. badający cykl węgla oraz jego procesy takie jak ruch węgla: z powietrza w rośliny, z roślin w ziemię, a następnie z powrotem w powietrze oraz badający węgiel zamarznięty głęboko w arktycznej wieloletniej zmarzlinie, zauważa jak większość naukowców, że w miarę ocieplania się Ziemi zwiększenie ilości tych gazów w atmosferze może jeszcze bardziej rozgrzać klimat Ziemi.
Naukowcy twierdzą, że co najmniej 1400 gigaton węgla jest uwięzione w permafroście. Co jest wskazówką, że Arktyka jest bardzo skutecznym jego pochłaniaczem. Wprawdzie jak zmarzlina pod wpływem globalnego ocieplenia odmraża się powodując rosnące emisje dwutlenku węgla, metanu i podtlenku azotu do atmosfery, to i tak jego pochłanianie jest na razie większe.
Ocieplenie oznacza również, że pory wegetacyjne na szerokościach arktycznych potrwają znacznie dłużej. Gdy sezon wegetacyjny staje się coraz dłuższy, rośliny mają coraz więcej czasu na wchłonięcie węgla z atmosfery. Ponieważ węgiel w powietrzu jest wykorzystywany przez rośliny do wzrostu, może również działać jako rodzaj nawozu w określonych warunkach. Następnie rośliny rosną szybciej i pochłaniają jeszcze więcej węgla. Obecnie Arktyka pochłania więcej węgla niż go uwalnia do atmosfery. Oznacza to, że rośliny pobierają węgiel podczas sezonu wegetacyjnego, ale nie uwalniają tyle węgla podczas rozpadu. Mówimy więc, że Arktyka działa jak pochłaniacz węgla.
Ale, jeśli Arktyka do końca wieku ociepli się o 2 stopnie Celsjusza (3,6 stopnia Fahrenheita), jak przewidują to klimatolodzy, to około 2,5 miliona mil kwadratowych wieloletniej zmarzliny, czyli 40 procent całkowitej powierzchni świata – może całkowicie zniknąć, co będzie miało ogromne konsekwencje na naszą cywilizację i na biosferę Ziemi.
Gdy Ziemia nadal będzie się ocieplała i odmrozi się wiele zmarzliny, Arktyka może stać się jednak ogólnym źródłem węgla do atmosfery, zamiast pochłaniaczem. Ten proces naukowcy nazywają „punktem zwrotnym”. Mówimy, że coś osiągnęło punkt krytyczny, gdy przechodzi ze względnie stabilnego stanu do cyklu nie do zatrzymania. W takim przypadku Arktyka zmieniłaby się z pochłaniacza węgla w źródło węgla. Jeśli arktyczna wieloletnia zmarzlina uwalnia więcej węgla niż pochłania, rozpoczyna się cykl, w którym dodatkowy węgiel w atmosferze prowadzi do zwiększonego ocieplenia. Zwiększone ocieplenie oznacza większe rozmrażanie wiecznej zmarzliny i uwalnianie metanu.
Degradacja permafrostu: wpływ na rdzenną ludność i na zwierzęta oraz rośliny
Następują coraz silniejsze zmiany w ekosystemach tundry, co ujemnie odbija się na egzystencji rdzennej ludności oraz zwierząt arktycznych. Rozpad lodu podziemnego, który skleja torf, glinę, skały, piasek i inne minerały nieorganiczne, powoduje teraz znaczne zmiany, które powiększają swój zasięg w alarmującym tempie, powodując zmianę przepływów strumieni, co z kolei ma wpływ na znaczne odwadnianie jezior, zapadanie się wybrzeży oraz na zmiany chemii wód, które mogą być szkodliwe zarówno dla ludzi, jak i dla zwierząt i roślin.
„Widzimy spadanie wzdłuż linii brzegowych, które mogą przepuścić większość wody w jeziorze w ciągu zaledwie kilku dni, a nawet godzin”, mówi Philip Marsh, były kanadyjski naukowiec rządowy Kanady, który teraz obecnie jest profesorem hydrologii na Uniwersytecie Wilfrid Laurier w Ontario. „Nic dziwnego, jeśli weźmie się pod uwagę, że aż 80 procent ziemi składa się z zamarzniętej wody. Kiedy lód topnieje, zamarznięta ziemia dosłownie się rozpada. ” W rezultacie, mówi naukowiec, społeczności tubylcze, przemysł zasobów i rząd muszą lepiej zrozumieć, w jaki sposób ocieplający się klimat wpływa na zasoby wodne i ekosystemy wieloletniej zmarzliny. ”
Fot.1. Widok z lotu ptaka stacji badawczej Trail Valley Creek w zachodniej arktycznej Kanadzie, położonej wzdłuż delty Mackenzie. ED STRUZIK DLA YALE ENVIRONMENT 360
Marsh, który prowadził prace terenowe w Arktyce od ponad czterech dekad, założył stację badawczą w Trail Valley Creek w 1991 roku. Znajduje się ona nie tylko w najszybciej nagrzewającym się regionie na Ziemi, ale jest także w miejscu gdzie są obecnie setki nieczynnych odwiertów ropy i gazu oraz znajdują się niektóre z najważniejszych obszarów lęgowych ptaków w Arktyce. Jak wszyscy naukowcy zajmujący się wieczną zmarzliną, on i jego koledzy pracowali w trudnych warunkach, walcząc z hordami gryzących much i komarów latem, a także mierząc śnieg i temperaturę gruntu w gorzkim zimowym mrozie.
Degradacja permafrostu: osuwiska powodujące zmianę chemii jezior i strumieni
Badania Marsha w kanadyjskiej Arktyce już doprowadziły go do wniosku, że ocieplenie klimatu spowoduje zmiany hydrologiczne w tym stuleciu, które wysuszą 15 000 z 45 000 jezior w delcie rzeki Mackenzie, jednej z największych delt na świecie. Spodziewa się tego także na wyspie Banksa Antoni Lewkowicz, geograf i ekspert ds. wieloletniej zmarzliny na University of Ottawa. Naukowiec ten niedawno odnotował 60-krotny wzrost osuwisk wzdłuż 288 jezior, które monitorował za pomocą zdjęć satelitarnych w latach 1984–2015.
Osuwiska mogą nastąpić z nagłą katastroficzną siłą. W jednym znaczącym przypadku, który został uchwycony na fotografii poklatkowej w 2015 r. przez Steve Kokelja, eksperta ds. wieloletniej zmarzliny z Geological Survey na Północno-Zachodnich Terytoriach, szybko topniejący klif graniczący z brzegiem jeziora tundry wpadł w wododziale rzeki Peel na terytoriach Północno-Zachodnich. Utworzony wodospad spuścił około 800 000 galonów wody z tego wyżynnego jeziora w ciągu zaledwie dwóch godzin. Metale ciężkie w wiecznej zmarzlinie, takie jak rtęć, zostały spłukane w dół rzeki wraz z mułem i torfem, co spowodowało skażenie systemu rzecznego na wiele kilometrów w dół rzeki.
Jeśli chodzi o permafrost, to na samej górze znajdująca się tzw. warstwa aktywna co roku wiosną odmraża się by jesienią z powrotem zamrażać się. Proces, w którym jest odmrożenie jednak coraz bardziej wydłuża się. Wiosną i latem mamy do czynienia z coraz częstszymi i silniejszymi falami upałów, które jeszcze mocniej przyspieszają odmrażanie zmarzliny.
Rozmrażanie wieloletniej zmarzliny, które prowadzi do uwolnienia gazów cieplarnianych, nasila się w całej Arktyce. Według Lewkowicza, znaczna część degradacji permafrostu, która miała miejsce na kanadyjskiej wyspie Banksa, miała miejsce po kilku najcieplejszych odnotowanych latach. W 1984 r. wyspa miała 60 aktywnych osuwisk. Do 2013 r. już było ich 4000. Naukowiec spodziewa się, że na wyspie w najbliższych latach może pojawić się nawet 30 000 nowych aktywnych osuwisk.
Rozmrażanie będzie miało głęboki wpływ na przepływ i chemię jezior i strumieni, a także tych części Oceanu Arktycznego, do których spływają rzeki. Na przykład dane satelitarne Lewkowicza pokazują, że kolor wielu jezior na wyspie Banksa zmienił się z niebieskiego na turkusowy, co wskazuje, że niegdyś czysta woda została wypełniona osadami.
Naukowcy też obawiają się, że dalsze rozmrażanie permafrostu uwolni uśpione patogeny, konkretnie starożytne bakterie i wirusy, uwięzione dotychczas w lodzie, co będzie miało kolosalnie ujemny wpływ na ssaki żerujące w śniegu oraz gniazdujące ptaki i inne zwierzęta tundry, które często poszukują pożywienia pod zagrzebanymi zwałami śniegu. Już teraz zaobserwowali redukcję populacji piżmaków na Wyspie Banksa i Wyspie Victorii w północnej Kanadzie oraz reniferów na Syberii.
Odkrywają również, że pod wpływem dalszego wzrostu temperatury w tundrze, setki studzienek wydobywanych przez przemysł naftowy i gazowy w latach 70. i 80. XX wieku, gwałtownie topnieją. A toksyczne odpady ropopochodne, które miały być trwale zawarte w 200 zamrożonych wyrobiskach w delcie Mackenzie, migrują do pobliskich ekosystemów słodkowodnych.
Pomiary wieloletniej zmarzliny
W Trail Valley Creek, Carolina Voigt, badacz geografii podoktoranckiej i Oliver Sonnentag, hydrolog z University of Montreal, używają ręcznych i automatycznych czujników do pomiaru wpływu zmian klimatu na aktywność gazów cieplarnianych w tundrze. Evan Wilcox, doktorant z geografii na Wilfrid Laurier University, dokonał ważnych odkryć na temat roli, jaką szybka ekspansja krzewów w Arktyce – w wyniku wzrostu temperatur – odgrywa w rozmrażaniu wiecznej zmarzliny. W całej ocieplającej się Arktyce krzewy przekształcają się w tundrę, w której jeszcze kilka dekad temu dominowały trawy, turzyce i porosty. Wyższe krzewy nie tylko zasłaniają mniejsze rośliny poniżej, ale także mają wpływ na zmianę hydrologii ekosystemu.
Fot.2. Badacze Evan Wilcox [z lewej] i Niels Weiss wydobywają z tundry bogate w lód rdzenie wiecznej zmarzliny
„Dowiadujemy się, że data topnienia śniegu jest kluczem do określenia szybkości, z jaką topi się wieloletnia zmarzlina w warstwie aktywnej”, mówi Wilcox. „Śnieg w obszarach tundry, w których występują krzewy, takie jak brzoza karłowata, ma tendencję do topienia się tydzień wcześniej niż w obszarach, w których nie ma krzewów. Powoduje to większe rozmrażanie wiecznej zmarzliny. Gdy krzewy rozszerzają swój zasięg w tundrze, prawdopodobnie zobaczymy przyspieszenie rozmrażania. ”
Niels Weiss, doktor habilitowany pracujący z Marshem i Wilcoxem, przeprowadził wcześniej badania nad zmarzliną na Syberii, Skandynawii i Kanadzie. I zarówno on, jak i inni odkryli, że magazynowanie węgla i sposoby uwalniania gazu z tych ekosystemów zależą od różnych czynników, takich jak skład gleby, przepływ wód gruntowych oraz od tego czy przeważają drzewa i krzewy czy też trawy czy też turzyce, mchy i porosty. Naukowiec mówi, że jasne jest, że nawet w najzimniejszych miejscach Arktyki wieczna zmarzlina topnieje w coraz szybszym tempie.
Chociaż wiele pozostaje do odkrycia na temat skutków rozmrożenia wiecznej zmarzliny w regionie, Marsh z kolei mówi, że jedno staje się coraz bardziej jasne: w nadchodzących dziesięcioleciach krajobraz tundry będzie wyglądał znacznie inaczej niż obecnie.
Ta zmiana jest już widoczna. Trzydzieści lat temu porosty i turzyce dominowały w krajobrazie tundry. Dzisiaj wierzby i krzewy rozmnażają się w niej coraz obficiej. A karibu, które dawniej żywiło się porostami, zmniejszyło swą liczbę na Półwyspie Tuktoyaktuk do 3000 w 2006 r. A teraz w 2020 r. obecnie pozostała tylko połowa tej liczby.
Uwalnianie węgla z wieloletniej zmarzliny
Ostatnie badanie z 2019 r. Chenghaia Wanga i jego zespołu naukowego sugerują, że gdyby wzrost temperatury spowolnił i zatrzymał się, wieczna zmarzlina również spowolniłaby – i potencjalnie zatrzymałaby się, ograniczając w ten sposób dalsze emisje . Niemniej jednak zajęłoby to trochę czasu. Rozmrożenie wieloletniej zmarzliny przypomina trochę ciężki pociąg towarowy – gdy się porusza, nie można go natychmiast zatrzymać. Nawet po włączeniu hamulców będzie się toczył przez pewien czas. Badania sugerują, że emisje mogą trwać od dziesięcioleci do stuleci, nawet po spowolnieniu odwilży wiecznej zmarzliny.
Fot.3. Rozpadająca się wieloletnia zmarzlina z dużą objętością lodu. Źródło: A. Balser
Praca ta wskazuje, że permafrost jako całość nie zmieni się w zupełnie nowy stan – jak ma to miejsce w przypadku niektórych punktów krytycznych, takich jak topnienie pokrywy lodowej Grenlandii. W rezultacie możliwe byłoby zapobieganie dalszym emisjom, gdyby globalne ocieplenie zostało zatrzymane.
Ale na obecnym etapie odwilż wiecznej zmarzliny zaobserwowano już w wielu miejscach w Arktyce . Jak wskazuje niedawny raport specjalny na temat oceanu i kriosfery przygotowany przez Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC), ocieplenie tego stulecia spowoduje znaczne emisje z wiecznej zmarzliny:
„Do 2100 r. Powierzchnia wieloletniej zmarzliny zmniejszy się o 2-66% dla RCP2.6 i o 30–99% dla RCP8.5 . Może to spowodować uwolnienie od 10 do 100 gigaton węgla jako CO2 i metanu do atmosfery dla RCP8.5, z potencjalnym przyspieszeniem zmian klimatu. ”
Degradacja permafrostu: odwilż z góry na dół lub nagłe zapadnięcie
Degradacja permafrostu może występować jako stopniowa odwilż z góry na dół lub nagłe zapadnięcie się rozmrożonej gleby. Oba procesy uwalniają węgiel do atmosfery pod wpływem coraz cieplejszych temperatur powietrza. Wieloletnia zmarzlina może zawierać do 80% lodu. Jeśli tylko lód się topi, nawet jeśli gleba nie, to ziemia nagle zapada się, a głębokie warstwy są narażone na temperaturę powietrza.
Zapadające się podłoże może pozostawić krajobraz pokryty jeziorami termokrasowymi, wypełnionymi wodą z topniejących wód, opadów deszczu i śniegu. Te mokre warunki mogą sprzyjać uwalnianiu silniejszego metanu gazu cieplarnianego.
Fot.4. Jeziora termokrasowe wzdłuż wybrzeża arktycznego na Alasce, które powstają podczas topnienia lodu i wiecznej zmarzliny. Źródło: Steven Kazlowski / NPL
I to jest coraz częstszy krajobraz w tundrach Alaski, północnej Kanady, Grenlandii, północnej Europy i Syberii.
Na wyżynach naturalny drenaż stwarza suchsze warunki glebowe po rozmrożeniu wiecznej zmarzliny, przyspieszając w ten sposób rozkład materii organicznej i uwalniając duże ilości CO2. Ostateczny wpływ uwolnienia węgla z wieloletniej zmarzliny będzie silniejszy, gdy większy procent z jej strefy wyschnie po rozmrożeniu.
To, jaka część krajobrazu stanie się wilgotniejsza lub bardziej sucha po rozmrożeniu, zależy od rozmieszczenia lodu gruntowego, ale obecne pomiary lodu są jedynie sporadyczne i lepsze pokrycie przestrzenne i pilnie potrzebne są bardziej aktualne pomiary.
Wychwyt węgla przez rośliny
Innym istotnym czynnikiem w bilansie węglowym w strefie permafrostu jest wychwyt węgla przez rośliny. Pytanie brzmi: ile uwolnionego węgla z rozmrażania wieloletniej zmarzliny można zrównoważyć wzrostem roślin? Rośliny pobierają węgiel z atmosfery i wykorzystują go do wzrostu i utrzymania metabolizmu.
Cieplejsze warunki w Arktyce i wszystkie związane z tym zmiany stymulują wzrost roślin , co oznacza, że część węgla dodanego do atmosfery z rozmrażania wieloletniej zmarzliny jest pobierana przez przyspieszenie wzrostu roślin. Ale nie jest jasne, ile węgla zostanie zrekompensowane przez rośliny i nie jest jasne, jak bardzo jest trwały ten proces.
Poprawa modelowych prognoz uwalniania węgla z permafrostu ma kluczowe znaczenie dla określenia ogólnego wpływu jego rozmrożenia na globalny klimat. Ostatnie wyniki z kanadyjskiej Arktyki pokazują, że topnienie jego odbywa się znacznie wcześniej niż się spodziewali naukowcy, biorąc pod uwagę obecne prognozy modelowe.
Na chwilę obecną modele uwzględniają tylko stopniowe tajanie od góry, ale najnowsze szacunki pokazują, że nagła odwilż i zapadanie się gleby mogą podwoić uwalnianie węgla z wieloletniej zmarzliny. Jedno jest jasne: im mniej temperatury wzrosną w Arktyce, tym bardziej ona pozostanie zamrożona i więcej węgla pozostanie zablokowane w niej.
Hydraty metanu
Tak samo jak rozmrażanie permafrostu, również brane jest pod uwagę kolejne potencjalne niebezpieczeństwo mające związek z rozkładem hydratów metanu , inaczej klatratów metanu. Jest to „lód” metanowy, który powstaje w niskich temperaturach i wysokich ciśnieniach w osadach morskich na obrzeżach kontynentu lub w wieloletniej zmarzlinie i pod nią.
Rys.2. Szelf arktyczny Wschodniej Syberii
Szczególnie niepokojące są hydraty metanu przechowywane pod szelfem arktycznym wschodniej Syberii (ESAS), płytkim regionem przybrzeżnym leżącym na północ od wybrzeży Rosji. Badania sugerują, że rozmrażanie permafrostu uwalnia ten metan, pozwalając mu wydzielić się i wydostać się z wody morskiej. Ten proceder stanowi ostrzeżenie badawcze, że ucieczka dużych ilości metanu może mieć „katastrofalne konsekwencje dla systemu klimatycznego.
Doktor Carolyn Ruppel , naczelna naukowiec z projektu US Hydrates Gas Gas Hydrates, mówi, że hydraty metanu zatrzymują około jednej szóstej węgla metanowego na Ziemi i że niektóre złoża mogą w rzeczywistości ulegać degradacji w miarę ocieplania się klimatu. Ale również uspokaja:
„Gdyby metan podczas destabilizacji jego hydratów uwolnił się i trafił w dużej ilości do oceanu, to byłby w większości zużywany przez bakterie w słupie wody i raczej nie dotarłby do atmosfery. A na obszarach wieloletniej zmarzliny hydraty metanu są zwykle głęboko zakopane, więc odwilż permafrostu jest mimo to poważniejszym czynnikiem przyczyniającym się do emisji gazów cieplarnianych. ”
Ruppel mówi: „Chociaż może dojść do groźby znacznego wycieku metanu z arktycznych szelfów kontynentalnych w obszarach rozmrażania podmorskiej wieloletniej zmarzliny, to badania wykazały, że prędkości przepływu są prawdopodobnie zawyżone, a najbardziej prawdopodobnym źródłem wycieku metanu na pewno nie jest odtajanie hydratów gazu”. Następnie dodaje:
„Hydraty związane z permafrostem nie są tak rozpowszechnione i często występują głębiej niż płytsze źródła metanu, które mogą łatwiej przenikać do atmosfery”.
Najnowsze badania sugerują, że bomby metanowej z rozmrażania hydratów raczej nie będzie w najbliższym czasie. Jednak w przypadku wieloletniej zmarzliny nauka pokazuje, że odwilż jest już w toku, a uwalniany przez nią węgiel już przyczynia się do naszego ocieplenia klimatu.
Podwójny problem
Przypomnijmy:
Wieloletnia zmarzlina jest wiecznie zamarzniętym gruntem. Składa się z gleby, skał lub osadów, często z domieszkami dużych kawałków lodu. Około jednej czwartej ziemi na półkuli północnej jest w ten sposób zamarznięta. Węgiel ten gromadził się w tych zamarzniętych glebach przez długie tysiąclecia, ponieważ materiał organiczny z martwych roślin, zwierząt i drobnoustrojów nie rozpadł się.
Modelarze próbują przewidzieć, ile tego węgla zostanie uwolnione, gdy zamarznie permafrost. Jest to skomplikowane: na przykład muszą zrozumieć, ile węgla w powietrzu zostanie pochłonięte przez rośliny i zwrócone do gleby, uzupełniając część utraconego. Prognozy sugerują, że powolne i równomierne rozmrażanie uwolni około 200 miliardów ton węgla w ciągu następnych 300 lat w ramach tradycyjnego scenariusza ocieplenia. Odpowiada to około 15% całego węgla glebowego zgromadzonego obecnie na zamarzniętej północy.
Ale może to być bardzo niedoceniane. Około 20% zamarzniętych ziem ma cechy, które zwiększają prawdopodobieństwo nagłego rozmrożenia, takie jak duże ilości lodu w ziemi lub niestabilne zbocza. Tutaj wieloletnia zmarzlina topnieje szybko i nierównomiernie, powodując osunięcia ziemi i szybką erozję. Lasy w ten sposób mogą być zalane, co może doprowadzić do śmierci dużej liczby drzew na rozległych obszarach. Jeziora, które istniały od pokoleń, mogą zniknąć, a ich wody mogą zostać całkiem zmienione.
Fot.5. Badacz z Fairbanks na Alasce bada miejsce, w którym metan zbiera się pod lodem. Źródło: Josh Haner / NYT / Redux / eyevine
Co gorsza, najbardziej niestabilne regiony również wydają się być najbardziej bogate w węgiel. Np. 1 milion kilometrów kwadratowych Syberii, Kanady i Alaski zawiera grupy Yedoma – grube złoża wieloletniej zmarzliny z ostatniej epoki lodowcowej. Osady te często stanowią 90% lodu, co czyni je wyjątkowo podatnymi na ocieplenie. Ponadto z powodu lodowatego pyłu i muraw, które zostały złożone podczas formowania się osadów, Yedoma zawiera 130 miliardów ton węgla organicznego – równowartość ponad dekady globalnej emisji gazów cieplarnianych przez ludzi.
Naukowcy z Permafrost Carbon Network zastanawiają się, ile węgla z permafrostu może uwolnić się przy nagłym jego rozmrożeniu? Pierwszym krokiem w tym roku było zebranie wyników z opublikowanych badań nad nagłym rozmrażaniem w strefie wieloletniej zmarzliny. Np. zastanowienie się, jaki rodzaj rozmrażania wpływa na rośliny, gleby i wilgoć w ziemi. Badania ujawniły wzorce zapaści i regeneracji tych procesów. Ten międzynarodowy projekt był wspierany przez Permafrost Carbon Network ( www.permafrostcarbon.org ), część wielomilionowego globalnego badania nad zmianą środowiska arktycznego (SEARCH).
Jeziora i mokradła stanowią dużą część problemu, ponieważ uwalniają duże ilości metanu, gazu cieplarnianego, który jest znacznie silniejszy niż CO 2. Erozja z gór i wzniesień jest problematyczna: gdy zbocza rozmrażają się i rozpadają się, co powoduje znaczne uwolnienie CO 2 jako materiału destabilizacji, rozkładu lub wylewu do rzek i strumieni.
Szacunki są takie, że nagłe rozmrożenie permafrostu w nizinnych jeziorach i mokradłach, wraz z wyżynami, może uwolnić od 60 do 100 miliardów ton węgla do 2300 roku. Jest to dodatek do 200 miliardów ton węgla, które zostaną uwolnione w innych regionach, które będą się stopniowo rozmrażać. Chociaż nagłe rozmrożenie wieloletniej zmarzliny nastąpi na mniej niż 20% zamarzniętej ziemi, to wpłynie to na zwiększenie prognoz uwalniania węgla z niej o około 50%. Stopniowe rozmrażanie wpływa na powierzchnię zamarzniętej ziemi i powoli wnika w dół. Nagłe zapadnięcie się uwalnia więcej węgla na metr kwadratowy, ponieważ zakłóca głęboko położone składy w zamrożonych warstwach.
Ponadto, ponieważ nagłe rozmrażanie uwalnia więcej metanu niż stopniowe rozmrażanie, wpływ tych dwóch procesów na klimat będzie podobny. Łącznie wpływ rozmrożenia wieloletniej zmarzliny na klimat Ziemi może być dwukrotnie większy niż w obecnych modelach.
Stabilizacja klimatu przy 1,5 ° C ocieplenia wymaga znacznych cięć emisji dwutlenku węgla z działalności człowieka; dodatkowe emisje węgla z rozmrażającej Arktyki sprawiają, że jest to jeszcze pilniejsze.
A najnowsze pomiary przepływu dwutlenku węgla w ekosystemie w sezonie regionalnym i zimowym niezależnie pokazują, że ekosystemy w regionie wieloletniej zmarzliny uwalniają węgiel netto (prawdopodobnie 0,3 do 0,6 Pg C rocznie) do atmosfery. Te obserwacje sugerują, że sprzężenia zwrotne na temat przyspieszenia zmian klimatu mogą już być w toku.
https://www.nature.com/articles/d41586-019-01313-4
http://www.permafrostcarbon.org/
https://www.nature.com/articles/s41598-019-39942-4
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/nasa-studies-details-of-a-greening-arctic
Guest post: The irreversible emissions of a permafrost ‘tipping point’