Arktisk permafrost kan indeholde en sovende kæmpe af verdens kulstofemissioner

Når temperaturerne stiger i Arktis, permafrost, eller frossen jord, er ved at tø op. Som det gør, drivhusgasser, der er fanget i det, frigives til atmosfæren i form af kuldioxid og metan, fører til tidligere undervurderede problemer med havforsuring og potentiel kviksølvforgiftning.

Omkring en fjerdedel af regionen er dækket af permafrost, som er jord, sediment eller sten, der har været frosset i mindst to år. Med sit tilbagetog, det kulstof, der frigives, kan bidrage væsentligt til den globale opvarmning.

"Vi kalder det den sovende kæmpe i det globale kulstofkredsløb, " sagde professor Örjan Gustafsson, en miljøforsker ved Stockholms Universitet i Sverige. "Det er ikke rigtig taget højde for i klimamodeller."

Prof. Gustafsson og hans kolleger forsøger at bestemme præcis, hvad permafrost består af, hvor hurtigt det varmer og hvad sker der når det tøer op. At gøre dette, de borer i tre typer permafrost omkring det østsibiriske hav som en del af et projekt kaldet CC-Top.

Ud over den mest almindelige type, der findes i jord på land, de vil også se på permafrost med højt kulstofindhold, der dannede omkring 50, 000 år siden kaldet Yedoma, og en anden type fundet under havbunden af ​​lavvandede kystsokområder, der blev oversvømmet, da havniveauet steg omkring 11, 650 år siden. '(Denne) undersøiske permafrost er den mest sårbare af de tre, så det er projektets hovedfokus, " sagde prof. Gustafsson.

Forskerne har sammenlignet temperaturerne for permafrost på land og under vandet. Omkring 10, 000 år siden, temperaturen på begge permafrosttyper var omkring -18˚C. De fandt ud af, at permafrosten på jorden nu er varmet op til omkring -10˚C, men under havet har den nået 0˚C. "Det var overraskende, "Prof. Gustafsson sagde. "Jeg anede ikke, at undersøisk permafrost tøede op så hurtigt."

Havforsuring

De har også undersøgt, hvad der sker, når optøet permafrost fra land når havet. Noget af det frigivne kulstof reagerer med vand og danner kulsyre - den samme gas, der findes i brusende vand. Selvom det er en svag syre, Prof. Gustafsson og hans kolleger fandt ud af, at det bidrager væsentligt til forsuring af det arktiske hav. Dette påvirker den marine biodiversitet. Surt vand, for eksempel, opløser karbonatskeletter af organismer som plankton.

Holdets resultater peger på meget højere niveauer af havforsuring end forudsagt af Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) i deres rapport offentliggjort i 2014, som i høj grad overvejede effekten af ​​menneskeskabte kulstofemissioner.

"Forsuring kunne være 100 gange mere alvorlig, " Prof. Gustafsson sagde. "Havforsuring med permafrostkulstof fra land er en ny mekanisme, vi ikke havde tænkt så meget over, og vi syntes ikke, det var så stærkt."

Næste, holdet planlægger at undersøge den metan, der slipper ud fra undersøisk permafrost. I mange dele af Arktis, koncentrationen af ​​gassen i havvand er høj, men forskerne er ikke helt sikre på dens kilde. Det kan være resultatet af optøning af permafrostjord eller metanhydrater - fast metan begravet under vandet. Eller det kan stamme fra naturgas meget dybere nede, som når overfladen gennem sprækker i permafrosten, mens den smelter.

"Vi er virkelig nødt til at forstå det for at forudsige, hvordan metanudslip vil udvikle sig i de kommende årtier eller århundreder, " sagde prof. Gustafsson.

Permafrost-optøning er allerede en voksende bekymring for dem, der bor i regionen, og som oplever dens virkninger. I kystområder, hvor det er særligt udsat for optøning, bygninger bygget på permafrost kollapser eller bliver beskadiget på grund af tø, mens vejene revner. Udslip af kulstof og organisk materiale vil sandsynligvis også have en indvirkning på det dyreliv, som samfund er afhængige af for at få mad.

Dr. Hugues Lantuit, en forsker ved Alfred-Wegener Instituttet i Potsdam, Tyskland, og hans kolleger er interesserede i, hvad der sker med kulstof og andre stoffer, der siver ud fra permafrosten i disse kystområder som en del af et projekt kaldet Nunataryuk. De vil udføre feltarbejde i Rusland, Svalbard, Grønland, Canada og Alaska.

Projektet involverer lokalsamfund i deres arbejde. I Aklavik, en landsby på Yukon-kysten i Canada, for eksempel, holdet konsulterer inuitsamfund for at finde relevante websteder for deres forskning, områder, hvor der er masser af fisk, eller hvor erosion er udtalt.

Gennem møder, forskerne får indsigt i lokale problemstillinger, som kunne behandles i deres forskning. På Svalbard, for eksempel, hvor kystlinjen er stenet, permafrost -optøning påvirker hovedsageligt infrastrukturen på land, mens kysterosion er mere bekymret i Rusland og Nordamerika. På samme tid, lokale kan lære videnskabelige teknikker af forskere. "Det er virkelig en lærerig oplevelse på begge sider, " sagde Dr. Lantuit.

Underhold

Nogle samfund er bekymrede over virkningen af ​​klimaændringer på dyrelivet, som de er afhængige af til underhold. Et af projektets mål er derfor at undersøge udledningen af ​​organisk stof fra optøende permafrost til det arktiske hav. "Dette har en direkte indvirkning på fiskebestanden, men vi forstår ikke ligefrem hvordan, " sagde Dr. Lantuit.

Teamet forsøger at finde ud af, om optøning af permafrost vil gøre havet grumset ved at frigive sediment i vandet, således at mindre lys kan trænge ind. Dette kan resultere i færre fisk, da de alger og planter, de er afhængige af til føden, ikke kan fotosyntese i mørkt vand. Alternativt det kan have en positiv effekt. "Mere kulstof kan også betyde flere næringsstoffer, så stor festtid for mikroorganismer, planteplankton og potentielt fisk, " sagde Dr. Lantuit.

Optøning af permafrost er også et sundhedsproblem, da det forventes at frigive forurenende stoffer og patogener. I en undersøgelse offentliggjort tidligere i år, medlemmer af holdet fandt ud af, at permafrost indeholder mere kviksølv end nogen anden kilde på planeten, da det tidligere blev antaget at indeholde en ubetydelig mængde. Da kviksølv er en gift, det kan have alvorlige sundhedsmæssige konsekvenser, lige fra nedsat hukommelse til synsproblemer, hvis den kommer ud. "Nu forsøger vi at kvantificere frigivelsen af ​​kviksølv og se, hvilke regioner der er modtagelige, " sagde Dr. Lantuit.

Til sidst, holdet håber at komme med løsninger til at håndtere virkningerne af optøning af permafrost. De er ved at udvikle modeller, der burde hjælpe. I et projekt, de ser på, hvad der ville ske, hvis permafrost var kilden til et udbrud af miltbrand – en bakterie, der kan inficere huden, lunger og tarme. De skaber også modeller til at forudsige skader på infrastrukturen.

Forbedringer er allerede i gang. Nunataryuk-forskere har arbejdet på at udvikle bygninger, der bedre kan modstå optøende permafrost ved at få lokalsamfund i Nordamerika og Rusland til at udveksle strategier. I Nordamerika, for eksempel, der var en tendens til at bygge letvægtskonstruktioner af træ eller metal, mens bygninger er lavet af beton i Rusland.

"Der er et skridt hen imod at bruge noget af viden fra begge sider til at skabe ny og bedre infrastruktur, " sagde Dr. Lantuit. "Vi har nu 40 til 50 års opvarmning i nogle områder, så vi virkelig kan se, hvad der virker, og hvad der ikke gør."