Undersøgelse af virkningen af ​​klimaændringer på Sibirias lagre af permafrost

Northumbria University skal spille en ledende rolle i en større undersøgelse, der skal vurdere den langsigtede indvirkning af den globale opvarmning på Sibiriens optøende permafrost.

Permafrost er frossen jord, der lagrer enorme mængder fossilt kulstof. I betragtning af at permafrost rummer dobbelt så meget kulstof som atmosfæren, og at næsten en fjerdedel af den nordlige halvkugle er dækket af permafrost, dette frosne land spiller en væsentlig rolle i stabiliseringen af ​​klimaændringerne.

Optøning af permafrost anses for at være et af de vigtigste klimaændringselementer, der ville føre til langsigtede irreversible ændringer i det globale klima. Imidlertid, nutidens opvarmning af globale temperaturer betyder, at permafrost begynder at tø op og frigive drivhusgasser til atmosfæren.

Northumbria University er hjemsted for et hold af verdensførende akademikere, der specialiserer sig i at rekonstruere klima- og miljøændringer gennem årtusinder. De er blevet tildelt et Leverhulme Trust Research Project Grant på £489, 000 for at rekonstruere Sibiriens klima gennem de sidste 500 til 800 tusind år og estimere den langsigtede skæbne for Sibiriens permafrost under nutidens stigende temperaturer.

Forskerne vil arbejde i partnerskab med eksperter fra det tyske Alfred Wegener Institut Helmholtz Center for Polar- og Havforskning (AWI) i Potsdam.

En rekordhøj på 38 grader blev rapporteret i det østlige Sibirien i juni 2020. Dette førte til et hidtil uset antal naturbrande i regionen, frigivelse af yderligere kulstof til atmosfæren. Forbindelserne mellem naturbrand og permafroststabilitet er komplekse, men beviser tyder på, at tø og nedbrydning af permafrost er tredoblet i de seneste år som reaktion på flere og varmere brande.

Den fireårige undersøgelse vil vurdere, hvordan Sibiriens permafrost udvidede sig og trak sig sammen som reaktion på fortidens skiftende klimaer, og de kolde glaciale og varmere mellemistiders rolle.

Undersøgelsen vil være den første til i fællesskab at kombinere arkiverne af permafrost-is, huleaflejringer og krebsdyrfossiler for at rekonstruere tidligere temperaturer og regionale klimahistorier. Tidligere undersøgelser har kun undersøgt disse arkiver individuelt.

Permafrost is stammer fra, og bevarer, atmosfærisk nedbør, hvilket betyder, at den holder rekorder over vinter- og sommertemperaturer. Sammensætningen af ​​de gamle permafrost-isprøver vil give forskerne mulighed for at tyde klimaforholdene på det tidspunkt, hvor isen blev dannet. På samme måde, huleaflejringer kan informere om de langsigtede gennemsnitlige temperaturændringer, og krebsdyrsfossiler fortæller historien om sommertemperaturen, hver indeholder et vigtigt klimaarkiv.

Forskerne håber, at det holistiske syn opnået ved at kombinere resultater fra hvert af disse arkiver vil give ny indsigt i, hvordan temperaturerne ændrede sig, som kan være med til at afsløre sæsonbestemte ændringer i fortiden.

Holdet har fundet adskillige websteder, som de beskriver som et stort løfte om at give dem de vigtige prøver og data, de har brug for fra huler, is- og søaflejringer.

De vil bruge små lavvandede søer og permafrost-is fra den arktiske kyst, fra Batagay Megaslump og Mamontova Gora-stedet i det centrale Yakutia; Botovskaya-hulen i det sydlige Sibirien; og den hidtil ustuderede Kirensk Karst-region, mere end 500 miles nordøst for Bajkalsøen.

Huler rummer afgørende beviser for tidligere miljøforhold. Karbonatformationer kendt som speleothems kan kun vokse, når vand strømmer ind i hulen fra jorden ovenover. Som i permafrost er alt vand frosset, det betyder, at speleothem kun kunne være vokset på et tidspunkt, hvor klimaet var varmere, og landet over hulen ikke var frosset.

Fossilerne af små rejelignende skabninger, kendt som ostracoder, lover også meget for forskerholdet. Med en størrelse på kun 0,5 til 2 mm, ostracoder lever kun få måneder om sommeren og bygger en karbonatskal, der ligner muslinger. De fossiliserede karbonatskaller fra lavvandede damme i permafrostregionen vil give forskerne et arkiv af data om temperaturerne på det tidspunkt, de blev dannet.

Takket være en nylig investering i et massespektrometrilaboratorium i Institut for Geografi og Miljøvidenskab i Northumbria, forskerne vil bruge en metode kendt som klumpet isotop geotermometri til at udtrække detaljer om isotopsammensætningen af ​​de fossiliserede karbonatskaller og rekonstruere det nordlige Sibiriens sommertemperaturer gennem årtusinder. Tilsvarende holdet vil bruge speleothems til at udforske den langsigtede temperaturudvikling i mellemistider.

Dr. Sebastian Breitenbach, Vicekanslers seniorstipendiat ved Northumbria Universitys afdeling for geografi og miljøvidenskab sagde:"Den sibiriske permafrost dannede hovedsageligt, men ikke udelukkende, i kolde perioder, kendt som istider eller istider, i de sidste to millioner år, mens i det mindste noget af permafrosten tøede op under varme stadier, kendt som mellemistider.

"Hvis vi ser på temperaturerne i Sibirien i dag, vi ser, at de varierer med op til 90 grader over året, fra -60 om vinteren op til cirka 30 grader om sommeren. Imidlertid, vi skal se denne sæsonmæssige amplitude i proxy. Var ændringen i temperatur altid den samme, som vi kender den i dag, eller var det anderledes før i tiden? Hvor meget varmere var de sidste somre, hvor forskellige er vintrene?

"Vi ved, at måden permafrost reagerer på klimaændringer og langsigtet klimakontrol ser ud til at være mere kompleks end blot at reagere på varmere eller koldere temperaturer. Vi mener derfor, at hvis vi kan fremlægge beviser på samspillet mellem temperatur og nedbør på en sæsonbestemt vægt, vi kan besvare det afgørende spørgsmål om, hvorvidt tidligere dannelse og nedbrydning af permafrost kan tilskrives specifikke klimaforhold eller sæsonbestemte mønstre.

"Denne undersøgelse vil gøre os i stand til at rekonstruere klimaforholdene og forhåbentlig skabe en ny forståelse af, om den tidligere dannelse, og især nedbrydning, af permafrost kan tilskrives specifikke temperaturer eller sæsonbestemte mønstre."

Dr. Hanno Meyer, Leder af den stabile isotopfacilitet hos AWI Potsdam og ekspert i isotop-baseret permafrost palæoklimatologi sagde:"Kombinationen af ​​flere isotopsignaler fra flere klimaarkiver på tværs af Østsibirien giver en spændende mulighed for at optrevle tidligere klimadynamikker på forskellige tidsmæssige og rumlige skalaer for både glacialer og mellemistider.

"Ved at kombinere denne palæoklimainformation med geologiske beviser for permafrostdannelse, stabilitet eller nedbrydning vil hjælpe os med at identificere potentielle tærskler i forskellige klimaparametre, der var ansvarlige for permafrostsystemets reaktion på tidligere klimaændringer. Denne viden vil hjælpe os med at vurdere de fremtidige effekter af global opvarmning på permafrosten i Østsibirien og konsekvenserne for lokalsamfund samt feedbackmekanismen til det globale klimasystem."

Dr. Breitenbach tilføjede:"Med installationen af ​​vores nye massespektrometrilaboratorium, Northumbria bliver et af blot fire universiteter i England, der er i stand til at udføre de detaljerede klumpede isotoptest, der kræves for at rekonstruere disse temperaturforhold. Vi er meget glade for at begynde at bruge vores nye udstyr og etablere Northumbria som et førende center for geotermometri og karbonatforskning."