Hvorfor optøning af permafrost er vigtigt

I Bethel, Alaska, vægge splittes, huse bryder sammen, og hovedvejen ligner en kedelig rutsjebane. I kystbyen Kongiganak, synkende kirkegårde forhindrer alaskanere i at begrave deres døde i jorden. Landsbyen Shishmaref, beliggende på en ø fem miles fra det vestlige Alaska -fastland, er eroderet så meget, at det overvejer total flytning. Disse samfund er plaget af permafrost, der optøer.

Permafrost er formalet, der forbliver frosset i to eller flere på hinanden følgende år. Den består af rock, jord, sedimenter, og varierende mængder is, der binder elementerne sammen. Nogle permafrost har været frosset i titusinder eller hundredtusinder af år.

Fundet under et lag jord, permafrost kan være fra tre fod til 4, 900 fod tyk. Det gemmer de kulstofbaserede rester af planter og dyr, der frøs, før de kunne nedbrydes. Forskere vurderer, at verdens permafrost rummer 1, 500 milliarder tons kulstof, næsten det dobbelte af den mængde kulstof, der i øjeblikket er i atmosfæren.

Desværre, når permafrosten varmer og optøer, det frigiver kuldioxid og metan i atmosfæren. Når den globale termostat stiger, permafrost, frem for at lagre kulstof, kunne blive en væsentlig kilde til planetopvarmningsemissioner.

Permafrost optøer allerede nogle steder, og hvis problemet spredes, forskere bekymrer sig om, at det kan starte en løbende proces med global opvarmning.

Det opvarmende Arktis

Permafrost dækker omkring 24 procent af den eksponerede landmasse på den nordlige halvkugle - cirka 9 millioner kvadratkilometer. Den findes på store breddegrader og i store højder, hovedsageligt i Sibirien, det tibetanske plateau, Alaska, Nord Canada, Grønland, dele af Skandinavien og Rusland. Kontinentalsokkelerne under Ishavet, som blev afsløret under den sidste istid, indeholder også permafrost.

Imidlertid, polar- og storhøjderegioner er nogle af de mest klimafølsomme steder på planeten. Arktis varmer dobbelt så hurtigt som resten af ​​planeten, med en temperaturændring, der ikke er blevet observeret i mindst de sidste 2, 000 år, ifølge National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). I 2016, årlige gennemsnitlige overfladetemperaturer var 3,5 grader Celsius varmere end de var i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Det år, permafrosttemperaturerne i Arktis var de varmeste, der nogensinde er registreret.

I Alaska, permafrosttemperaturerne er blevet op til 2˚C i de sidste par årtier. En nylig undersøgelse viser, at for hver 1˚C temperaturstigning, 1,5 millioner kvadratkilometer permafrost kan gå tabt ved optøning.

Når Permafrost optøer

O. Roger Anderson, en biolog ved Earth Institute's Lamont-Doherty Earth Observatory, forklaret, hvorfor permafrost frigiver kulstof, når det optøer.

Det 'aktive lag' af jord oven på permafrosten, som kan være to til 13 fod dyb, optø hver sommer og kan opretholde planteliv. Dette lag frigiver kulstof fra rødderne af planter, der puster ud CO2, og fra mikrober i jorden. Nogle mikrober nedbryder det organiske stof til CO2. Andre, kaldet archaea, producerer metan i stedet når forholdene er anaerobe - når jorden er mættet med vand, eller der ikke er ilt tilgængeligt. Metan er 20 til 30 gange mere potent end kuldioxid til at forværre den globale opvarmning, men det forbliver i atmosfæren i kortere tid.

Når permafrosten tøer op, det aktive lag uddybes. Mikroberne bliver aktive, og planterødder kan trænge længere ned, resulterer i produktion af mere CO2. Mængden af ​​genereret metan afhænger af, hvor mættet jorden er.

Forskere kender ikke de relative andele af kuldioxid og metanemissioner, der kan skyldes storfrost tøende permafrost, sagde Anderson, fordi dette aldrig er sket i menneskets historie. Imidlertid, forskning på det øverste lag af tundraen (træløse sletter over permafrosten) tyder på, at de gennemsnitlige kuldioxidemissioner er omkring 50 gange højere end metan.

"Og vi ved, at for hver 10 grader Celsius, at jorden varmes op, udledningen af ​​CO2 vil fordobles, "sagde Anderson.

En undersøgelse fra 2017 anslog, at hvis globale temperaturer stiger 1,5˚C over niveauet 1861, optøning af permafrost kan frigive 68 til 508 gigaton kul. Uden at tage hensyn til menneskelig aktivitet, dette kulstof alene ville øge de globale temperaturer 0,13 til1,69˚C med 2300. Da vi måske allerede har låst 1,5˚C opvarmning over førindustrielt niveau, denne mængde yderligere opvarmning kan resultere i katastrofale virkninger af klimaændringer.

Selvom et varmere Arktis kunne understøtte flere planter, og planter optager kuldioxid gennem fotosyntese, den nye vækst forventes kun at opveje omkring 20 procent af permafrostens kulstofudledning.

Hvad beskytter Permafrost

En ting, der beskytter permafrost mod virkningerne af klimaændringer, er tørv, den delvis forfaldne vegetation, der ophobes i vandmættede miljøer uden ilt. Findes i store dele af det lave Arktis, tørv kan ligge over eller omfatte hele det aktive lag eller fryses som permafrost.

Ben Gaglioti, en postdoktoral forsker ved Lamont-Doherty Earth Observatory, studerede søsedimentregistre i det nordlige Alaska for at bestemme, hvor meget kulstof permafrosten frigav som reaktion på opvarmningsperioder i slutningen af ​​den sidste istid. Det viser sig, at permafrosten var meget mere følsom - hvilket betyder, at den frigav mere kulstof - under tidligere opvarmningsbegivenheder, med gradvist mindre respons over tid. I de seneste 150 års opvarmning, der har været relativt lidt respons.

"Vores hypotese er, at ophobning af organisk stof eller tørv i vandskellet er sket på grund af et relativt varmt og stabilt klima siden istiden, "sagde Gaglioti." Den tørv, som begyndte at akkumulere omkring 13, For 000 år siden, gør et godt stykke arbejde med at isolere den underliggende jord fra optøning, så vi tror, ​​det er ved at buffere permafrosten. "

Gagliotis modeller viser, at følsomheden af ​​den underliggende permafrost er stærkt afhængig af tørvets tykkelse. "Den underliggende permafrosts skæbne hviler på nogle måder af tørvlagets stabilitet, " han sagde.

En irreversibel cyklus?

Skovbrande kan skrælle tørven tilbage og gøre permafrost mere følsom over for klimaforandringer - og de forventes at stige i tundraområder, Sagde Gaglioti. Varmere og tørre somre gør vegetationen mere brændbar. Varmere temperaturer medfører også flere tordenvejr og lynnedslag, der kan udløse naturbrande.

Brande frigiver ikke kun CO2, når de brænder; bagefter, den sorte jord absorberer mere solstråling og varmer yderligere. Og når ild først fjerner tørv og vegetation, der skygger for jorden, landskabet kan blive for veldrænet til at regenerere tørven.

Mange forskere er bekymrede for, at optøning af permafrost kan være et vendepunkt, der udløser en irreversibel cyklus:Når permafrost frigiver sit kulstof som CO2 eller metan, det vil fremskynde opvarmningen, som derefter vil udfælde mere permafrost -optøning, og så videre. Der vil ikke være noget mennesker kan gøre for at stoppe det.

De regioner, hvor permafrost er frosset året rundt, skifter allerede mod nord; og på nogle områder, tundraen fryser nu senere på efteråret, giver mere tid til mikrober til at nedbryde organisk stof og til at planter kan ånde.

Virkninger af optøende permafrost

Når isen i permafrosten smelter, jorden bliver ustabil og kan falde, forårsager sten og jordskred, oversvømmelser og kyst erosion.

Jorden er kollapset 280 fod dyb i nogle dele af Sibirien. Jordens knæk kan beskadige bygninger, veje, elledninger og anden infrastruktur.

Det kan også skade naturlige økosystemer. Thermokarst søer - fordybninger dannet ved optøning af permafrost kollapsede og fyldt med smeltevand - er vigtige for dyrelivet og giver vand til lokalsamfund. Men hvis den underliggende permafrost fortsætter med at tø op, søer og vådområder kan dræne helt, ødelægge disse biologisk vigtige ressourcer.

Som sedimenterne fra jordskred mudrede vandløb og søer, de påvirker plantelivet i bunden af ​​fødekæden og potentielt alle de skabninger, der er afhængige af det. Ændringer i landskabet kan ændre caribouavl og migrationsmønstre. Og når Arktis varmer, bæver bevæger sig nordpå. Deres dæmninger oversvømmer nye områder, skaber klumpede strækninger, der gør det muligt for mere varmt vand at tø permafrost yderligere.

Optøning af permafrost kan frigive mere end kulstofemissioner. I 2016, en ung dreng døde, og snesevis blev indlagt på hospitalet efter at have fået miltbrand på Yamal -halvøen i Sibirien. Et miltbrand-inficeret rensdyr, der frøs 75 år tidligere, blev afsløret, da permafrosten optøede. Miltbrandsporer kom ind i jorden og vandet, og til sidst madforsyningen, inficerer mennesker.

Mennesker og dyr og deres sygdomme har været frosset i permafrosten i flere hundrede år, men bakterier og vira kan overleve i permafrost i hundredtusinder af år - forskere genoplivede for nylig en 30, 000 år gammel virus, der inficerer amøber. Sygdomme som den spanske influenza, kopper eller pesten, der er udslettet, kan være frosset i permafrosten. Når Arktis varmes op, mere aktivitet, som minedrift efter sjælden jord eller ædle metaller, potentielt kunne bringe os i kontakt med dem igen.

At bygge på permafrost er problematisk, ikke kun fordi jorden er ustabil, men fordi varmen i bygninger og rør selv kan varme permafrost. Konstruktioner skal bygges på træbunker eller baseret på tykke gruspuder. Vand- og kloakrør skal placeres over jorden. Nogle betelveje og lufthavne er udstyret med væskefyldte rør, der overfører varme væk fra permafrosten, og hospitalet har installeret maskiner, der holder jorden konstant på køl.

I Inuvik, en by i det nordvestlige Canada, forskere eksperimenterer med nye typer pæle til stabilisering af bygninger, men de har endnu ikke fundet en perfekt løsning. De siger, at det er svært at vide, hvad der vil fungere bedst, fordi ingen i Arktis nogensinde har oplevet den grad af permafrostændring, der sker i dag.

Mange spørgsmål er tilbage

Mens det seneste mellemstatslige panel for klimaforandringer i rapporten erkendte, at permafrosten varmer, dens klimamodeller tog ikke højde for disse emissioner, når de lavede klimaprognoser.

Det er fordi i sidste ende, hvor meget planeten varmer ved optøning af permafrost vil afhænge af, hvor meget kulstof der frigives, hvor hurtigt, og om det er i form af CO2 eller metan. Men for at få en mere fuldstændig forståelse af dette fænomen og for at kunne lave mere præcise klimaprognoser, forskere skal bedre kunne vurdere permafrostens sårbarhed over for optøning og dens mange konsekvenser for Arktis og planeten.

"Videnskabelig forskning er så vigtig for at forstå, "sagde Anderson." Vi kan bare ikke forudsige fra det, der allerede er kendt, fordi vi aldrig har haft permafrost optøning tidligere i dette omfang. Det er kun gennem mere omhyggelig videnskabelig forskning, vi kan besvare disse spørgsmål. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.