Grotteforekomster viser overraskende skift i permafrost i løbet af de sidste 400, 000 år

Næsten en fjerdedel af landet på den nordlige halvkugle, på cirka 9 millioner kvadratkilometer, er lagdelt med permafrost - jord, bundfald, og sten, der er frosset fast i årevis ad gangen. Enorme permafroststrækninger findes i Alaska, Sibirien, og det canadiske arktiske område, hvor vedvarende frysetemperaturer har holdt kulstof, i form af forfaldne stykker af planter og dyr, låst i jorden.

Forskere vurderer, at mere end 1, 400 gigaton kulstof er fanget i Jordens permafrost. Når de globale temperaturer stiger, og permafrost optøer, dette frosne reservoir kan potentielt slippe ud i atmosfæren som kuldioxid og metan, forstærker klimaforandringerne markant. Imidlertid, lidt er kendt om permafrostens stabilitet, i dag eller tidligere.

Nu er geologer på MIT, Boston College, og andre steder har rekonstrueret permafrostens historie i løbet af de sidste 1,5 millioner år. Forskerne analyserede huldepoter på steder i det vestlige Canada og fandt beviser for, at mellem 1,5 millioner og 400, For 000 år siden, permafrost var tilbøjelig til at optø, selv på høje arktiske breddegrader. Siden da, imidlertid, permafrost tø har været begrænset til sub-arktiske områder.

Resultaterne, udgivet i Videnskab fremskridt , foreslå, at planetens permafrost skiftede til en mere stabil tilstand i de sidste 400, 000 år, og har været mindre modtagelig for optøning siden da. I denne mere stabile tilstand, permafrost har sandsynligvis tilbageholdt meget af det kulstof, det har opbygget i løbet af denne tid, har ringe mulighed for gradvist at frigive det.

"Stabiliteten i de sidste 400, 000 år kan faktisk fungere imod os, ved at det har tilladt kulstof at akkumulere støt i permafrost i løbet af denne tid. Smeltning nu kan føre til væsentligt større udslip af kulstof til atmosfæren end tidligere, "siger studieforfatter David McGee, lektor i MIT's Department of Earth, Atmosfærisk, og planetariske videnskaber.

McGees medforfattere er Ben Hardt og Irit Tal på MIT; Nicole Biller-Celander, Jeremy Shakun, og Corinne Wong ved Boston College; Alberto Reyes ved University of Alberta; Bernard Lauriol ved University of Ottawa; og Derek Ford ved McMaster University.

Stablet opvarmning

Perioder med tidligere opvarmning betragtes som interglaciale perioder, eller tider mellem globale istider. Disse geologisk korte vinduer kan varme permafrost nok til at tø op. Tegn på gammel permafrost optøning kan ses i stalagmitter og andre mineralforekomster, der efterlades, når vand bevæger sig gennem jorden og ind i huler. Disse huler, især på høje arktiske breddegrader, er ofte fjerntliggende og vanskelige at få adgang til, og som følge heraf, der har været lidt kendt om permafrostens historie, og dens tidligere stabilitet i opvarmende klimaer.

Imidlertid, i 2013, forskere ved Oxford University var i stand til at prøve huldepoter fra få steder i Sibirien; deres analyse antydede, at permafrost -optøning var udbredt i hele Sibirien før 400, 000 år siden. Siden da, resultaterne viste et meget reduceret interval af permafrost-optøning.

Shakun og Biller-Celander spekulerede på, om tendensen mod en mere stabil permafrost var global, og så ud til at udføre lignende undersøgelser i Canada for at rekonstruere permafrosthistorien der. De sluttede sig til banebrydende grotteforskere Lauriol og Ford, som leverede prøver af huleforekomster, som de gennem årene har indsamlet fra tre forskellige permafrostregioner:de sydlige canadiske klipper, Nahanni National Park i de nordvestlige territorier, og det nordlige Yukon.

I alt, holdet opnåede 74 prøver af speleothems, eller dele af stalagmitter, stalaktitter, og flowsten, fra mindst fem huler i hver region, repræsenterer forskellige huledybder, geometrier, og ishistorier. Hver udtaget hul var placeret på udsatte skråninger, der sandsynligvis var de første dele af permafrostlandskabet, der optøede med opvarmning.

Prøverne blev fløjet til MIT, hvor McGee og hans laboratorium brugte præcise geokronologi teknikker til at bestemme alderen på hver prøves lag, hvert lag afspejler en periode med permafrost -optøning.

"Hver speleothem blev deponeret over tid som stablede trafikkegler, "siger McGee." Vi startede med det yderste, yngste lag til dato den seneste tid, da permafrosten optøede. "

Arktisk skift

McGee og hans kolleger brugte teknikker til uran/thorium geokronologi til at datere lagene i hver speleothem. Dateringsteknikken er afhængig af urans naturlige forfaldsprocess til sin datterisotop, thorium 230, og det faktum, at uran er opløseligt i vand, hvorimod thorium ikke er det.

"I klipperne over hulen, som vandet trænger igennem, de akkumulerer uran og efterlader thorium, "Forklarer McGee." Når det vand når til stalagmitoverfladen og udfælder på tidspunktet nul, du har uran, og intet thorium. Så gradvist, uran henfalder og producerer thorium. "

Holdet borede små mængder ud fra hver prøve og opløste dem gennem forskellige kemiske trin for at isolere uran og thorium. Derefter løb de to elementer gennem et massespektrometer for at måle deres mængder, forholdet, som de brugte til at beregne et givet lags alder.

Fra deres analyse, forskerne observerede, at prøver indsamlet fra Yukon og de fjerneste nordlige steder bar prøver ikke yngre end 400, 000 år gammel, tyder på, at permafrost -optøning ikke er forekommet på disse steder siden da.

"Der kan have været noget lavt tø, men hvad angår hele klippen over hulen, der er optøet, det er ikke sket de sidste 400, 000 år, og var meget mere almindelig før det, "Siger McGee.

Resultaterne tyder på, at Jordens permafrost var meget mindre stabil før 400, 000 år siden og var mere tilbøjelig til at optø, selv i interglaciale perioder, hvor temperaturniveauer og atmosfærisk kuldioxid var på niveau med moderne niveauer, som andet arbejde har vist.

"For at se dette bevis på et langt mindre stabilt Arktis før 400, For 000 år siden, foreslår selv under lignende forhold, Arktis kan være et meget anderledes sted, "Siger McGee." Det rejser spørgsmål for mig om, hvad der fik Arktis til at skifte til denne mere stabile tilstand, og hvad kan få det til at skifte ud af det. "