NASA undersøger, hvordan arktiske naturbrande ændrer verden

Naturbrande i Arktis brænder ofte langt væk fra befolkede områder, men deres virkninger mærkes over hele kloden. Fra felt- og laboratoriearbejde til luftbårne kampagner og satellitter, NASA studerer, hvorfor boreale skove og tundrabrande er blevet hyppigere og kraftigere, og hvad det betyder for klimaprognoser, økosystemer og menneskers sundhed.

"Brande er en naturlig del af økosystemet, men det, vi ser, er en accelereret brandcyklus:vi får hyppigere og mere alvorlige brande og større brændte områder, " sagde Liz Hoy, en boreal brandforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Hoy arbejder med NASAs arktisk-boreal sårbarhedseksperiment (ABoVE), en omfattende feltkampagne, der undersøger de arktiske og boreale økosystemers og samfunds modstandsdygtighed over for miljøændringer.

Arktiske naturbrande adskiller sig fra brande på midten af ​​breddegrader, som dem i Californien og Idaho. For en, brande i de nederste 48 er ofte påsat af mennesker og slukkes så hurtigt som muligt, da de udgør en risiko for liv og ejendom. I den boreale skov og tundra, skovbrande antændes for det meste af lynnedslag og efterlades normalt til at brænde, medmindre de truer vigtig infrastruktur eller menneskelige bosættelser. Som resultat, de vokser sig ofte store og forbruger hundredtusindvis af hektar vegetation.

Også i modsætning til skovbrande på lavere breddegrader, det meste af kulstofemissionerne fra arktiske brande kommer fra brændt organisk jord i stedet for brændte træer og buske.

"Arktiske og boreale områder har meget tyk jord med meget organisk materiale - fordi jorden er frossen eller på anden måde temperaturbegrænset samt næringsfattig, dens indhold nedbrydes ikke meget, " sagde Hoy.

Den tykke, kulstofrigt øverste jordlag af boreale skove og tundra fungerer som isolering for permafrosten, det evigt frosne jordlag under overfladens organiske måtte.

"Når du brænder jorden ovenpå, er det, som om du havde en køler, og du åbnede låget:Permafrosten nedenunder tøer op, og du lader jorden nedbrydes og forfalde, så du frigiver endnu mere kulstof til atmosfæren, " sagde Hoy.

Et nyligt ABoVE-studie viste, at en enkelt brandsæson i Canada udsendte så meget kulstof til atmosfæren, at det opvejede halvdelen af ​​alt kulstof, der blev fjernet fra atmosfæren, gennem årlig trævækst i alle Canadas store skove. Så ikke kun er skovbrande i Arktis påvirket af global opvarmning, hvilket fører til varmere og tørrere somre, der skaber tørre, tinder-box-forhold - de bidrager også til gengæld til flere klimaændringer.

"Jeg hører nogle gange 'der er ikke så mange mennesker deroppe i Arktis,' så hvorfor kan vi ikke bare lade det brænde, hvorfor betyder det noget?'" sagde Hoy. "Men det, der sker i Arktis, bliver ikke i Arktis - der er globale forbindelser til de ændringer, der finder sted der."

Skiftende landskaber

Den branddrevne optøning af permafrost forårsager landsynkning og jordkollaps, skabe et bikagelandskab. Nogle steder, nye søer dannes. I andre, den resulterende udhulede topografi, kendt som thermokarst, udtørrer landskabet.

"Om det brandforstyrrede område vil komme sig eller gå fremad mod nedsynkning afhænger af, hvor meget jordis der ligger under jorden, " sagde Go Iwahana, en permafrostforsker ved University of Alaska, Fairbanks, der arbejder med ABoVE. "Andre faktorer, der spiller ind er, hvor alvorligt branden sårer det organiske overfladelag og vejret, det brændte område oplever efter branden."

Ud over at ændre landskaber, der havde været uforstyrrede i tusinder af år, permafrostens forsvinden betyder også det uoprettelige tab af en historisk rekord.

"Som med iskerner i Antarktis og Grønland, vi ser på ændringer i vandisotoper, gas indhold, og permafrostens isstruktur for at forstå, hvad der skete i fortiden, " Iwahana sagde. "Modellere og brandspecialister forudsiger et øget antal boreale og tundrabrande i fremtiden - dette vil øge optøningen af ​​permafrost, og så vil palæoinformationen indeholdt i permafrosten gå tabt."

Ændringer i hydrologiske processer, sammen med hvordan ild ændrer fordelingen af ​​plantearter, i sidste ende ændre lokale økosystemer.

"Efter en intens brand, vi kan se ændringer i jordens overordnede vegetationssammensætning, " sagde Hoy. "Det kommer til at ændre de pattedyrarter, der er i stand til at leve der, og hvordan folk kan bruge jorden, for eksempel, til jagt."

To vigtigste vildtarter i Alaska, rensdyr og elge, reagerer meget forskelligt på brændte landskaber. I de første årtier efter en stor brand, elgflokke flytter ind til området i jagten på den unge vegetation, der gror tilbage. Men rensdyr, hvis kost er meget afhængig af langsomt voksende overfladelav, der tager meget lang tid at komme sig, bliver skadet af brande.

"En af de største bekymringer med hensyn til dyrelivsforvaltning er, at brande kan begrænse rensdyrens rækkevidde, " sagde Alison York, koordinator for Alaska Fire Science Consortium ved University of Alaska.

Indvirkninger på sundheden

Naturbrande frigiver store mængder partikler, som er skadelige for åndedræts- og kardiovaskulære systemer og kan rejse vidt omkring med vind.

"Vi hører meget om virkningerne af brande på sundheden, men alle disse undersøgelser kommer fra forskning, der kommer fra en enkelt, generelt kort brandhændelse, " sagde Tatiana Loboda, professor ved University of Maryland, College Park. "I den boreale skovregion, brande er meget almindelige, meget store, og de producerer meget røg. Selv folk, der ikke bor i nærheden, bliver udsat i en betydelig periode år efter år."

Loboda lancerede for nylig et projekt gennem ABoVE for at undersøge, hvordan eksponering for partikler fra skovbrande påvirker sundheden for mennesker i Alaska, en stat, der har udstedt over 30 luftkvalitetsrådgivninger alene i løbet af dette års brandsæson. Selvom Lobodas undersøgelse er begrænset til Alaska, skovbrande påvirker folkesundheden rundt om på planeten.

"Brande opstår i de varme måneder, når folk tilbringer meget tid udendørs - især oprindelige folk, der laver subsistensaktiviteter som fiskeri og jagt, " sagde Loboda, der planlægger at sammenligne indfødte samfunds eksponering for naturbrande med sundhedsmæssige resultater. "De mangler enhver form for beskyttelse, de ville få ved at være indendørs med aircondition og lukke deres vinduer."

Til hendes studie, Loboda vil bruge indlæggelsesjournaler fra Alaskas Department of Public Health til at analysere, hvor mange mennesker der bliver syge i løbet af brandsæsonen. Hun vil også analysere NASA-satellitdata, der kombineret med computermodeller, vil give hende mulighed for at lave en detaljeret registrering af forbrænding i daglig skala, samt grundige opgørelser af brændstoftyper - den slags grønt, der brænder kombineret med ildens intensitet, bestemmer, hvor meget partikler der dannes.

"I de sidste 20 år har vi haft de tre største brandsæsoner, der er registreret for Alaska, og det sker samtidig med, at befolkningen vokser, " sagde Loboda. "Jo flere mennesker er spredt ud, jo større sandsynlighed for, at nogen vil blive berørt et eller andet sted i et givet år."