Grundvands- og tundrabrande kan arbejde sammen om at optø permafrost

Grundvand kan spille en uerkendt rolle i optøning af arktisk permafrost efter skovbrande, ifølge ny forskning.

Den nye undersøgelse afslører, at efter en skovbrand brænder en del af organisk rig jord af, der normalt isolerer permafrost, sommervarmen trænger dybere ned i den frosne jord, at lade grundvandet strømme nedadgående og potentielt bidrage til større frigivelse af drivhusgasser.

Studiets hovedforfatter, økohydrolog Samuel Zipper fra McGill University og University of Victoria (Canada), deler sine resultater den 22. oktober ved Geological Society of Americas årlige møde i Seattle, Washington.

Konventionelt, Lynlås siger, forskere har en tendens til at estimere optøning af permafrost ved lodret at måle optøet jorddybde på enkelte steder, tilbyder et endimensionelt perspektiv af ildens eftervirkninger på det arktiske landskab.

I stedet, han havde mistanke om, at grundvand kunne spille en uerkendt rolle i processen, hvor den tøer permafrost op i andre områder efter at have strømmet gennem en gang frossen jord. Når en skovbrand brænder gennem den organisk rige jord, der normalt isolerer permafrost, sommertemperaturer kan nå dybere ned i den frosne jord, bidrager til endnu større optøning.

"Hvad er interessant for mig, " siger lynlås, "er, hvis du brænder et sted, hvordan reagerer andre dele af landskabet på den brand? Kan grundvandsstrøm overføre virkningerne af forbrænding fra et sted til et andet ved at flytte vand og varme gennem undergrunden? "

For at undersøge spørgsmålet, Zipper og hans kolleger løb over 20, 000 simuleringer af den største tundrabrand i registreret historie:Alaskas Anaktuvuk River Fire, som brændte over 400 kvadratkilometer. De kørte simuleringer både med og uden grundvandsstrøm for at drille dets bidrag til permafrost-optøning efter brande. Lynlås havde mistanke om, at efter sommertemperaturer trænger ind i permafrosten, grundvand ville strømme hurtigere, leverer en større mængde vand til nærliggende vandløb.

De fandt ud af, at Ja, skovbrande fører til dybere permafrost-optøning, som forstærkes af grundvandsstrømmen. Men, overraskende, mere vand fordampede efter brand, så der var mindre samlet grundvandsstrøm, der nåede åen.

"Selvom vandet var i stand til at strømme hurtigere, " siger lynlås, "der blev faktisk leveret mindre vand til undergrunden på grund af denne ændring i fordampning. Vi fandt denne form for interessant dynamik, hvor der var mere plads til vand at strømme, men mindre vand tilgængeligt til at flyde."

Derudover resultaterne tyder på, at naturbrand kan udløse en positiv feedback-loop af permafrost-optøning. Når permafrost blot tøer op af solens varme, grundvand strømmer fra den optøede jord til mere permafrost, smelter det, som frigiver mere grundvand for at tø mere permafrost op. Lynlås har mistanke om, at ild for tidligt kan sætte denne sløjfe i gang og forstærke dens virkninger.

For at følge op på resultaterne af undersøgelsen, Zipper planlægger at arbejde med data fra flere Alaska-feltsteder, hvilket vil hjælpe ham med at bestemme fænomenets udbredelse. "Vi vil gerne vide, hvor reel og udbredt er denne proces?"

Permafrost indeholder mange organiske forbindelser efterladt af længe døde, men ikke nedbrudte frosne planter. Optøning af permafrost frigiver drivhusgasser fra disse forbindelser i atmosfæren, hvilket forstærker opvarmningen yderligere. Arktis er blandt de hurtigst opvarmende områder på Jorden, og varmere somre har en tendens til at bringe mere brandfarlig vegetation, ifølge Zipper.

For at styre og beskytte disse landskaber korrekt, Zipper siger, at det er vigtigt at danne sig et komplet billede af deres reaktion på brand, og det er essentielt at inddrage grundvand i det billede.

"Vores resultater viser, at man ikke rigtig kan forstå, hvordan permafrost vil reagere på forstyrrelser som brand uden at forstå, hvad der sker i grundvandssystemet, "siger lynlås." Grundvand er en komponent i Arktis vandcyklus, der er blevet værdsat bare på grund af mangel på data. Det er en slags næste grænse for at finde ud af, hvad der skal ske i Arktis fremtid."