Proč záleží na rozmrazování Permafrost

Proč záleží na rozmrazování Permafrost

V Aljašce v Bethelu se zdi štěpí, domy se hroutí a hlavní silnice vypadá jako dětská horská dráha. V pobřežním městě Kongiganak brání potopené hřbitovy Aljašanům, aby pohřbívali své mrtvé v zemi. Vesnice Shishmaref, která se nachází na ostrově pět kilometrů od západní aljašské pevniny, se rozrušila natolik, že uvažuje o úplném přesídlení. Tyto komunity sužuje permafrost, který se rozmrazuje.

Permafrost je půda, která zůstává zamrzlá po dobu dvou nebo více po sobě jdoucích let. Skládá se z horniny, půdy, sedimentů a různého množství ledu, které spojují prvky dohromady. Nějaký permafrost byl zmrazen na desítky nebo stovky tisíc let.

Nalezen pod vrstvou půdy, může mít permafrost tloušťku od tří stop do 4900 stop. Ukládá zbytky rostlin a živočichů na bázi uhlíku, které zmrzly, než se mohly rozložit. Vědci odhadují, že světová permafrost obsahuje 1 500 miliard tun uhlíku, což je téměř dvojnásobné množství uhlíku, než jaký je v současné době v atmosféře.

Bohužel, když se permafrost ohřeje a roztaje, uvolňuje do atmosféry oxid uhličitý a metan. . Se stoupajícím globálním termostatem by se permafrost, spíše než ukládání uhlíku, mohl stát významným zdrojem emisí z ohřevu planety.

Permafrost se již na některých místech roztaje, a pokud se problém rozšíří, vědci se obávají, že by mohl zahájit neklidný proces globálního oteplování.

Warming Arctic

Permafrost pokrývá asi 24 procent exponované zemské masy severní polokoule – asi 9 milionů čtverečních mil. Nachází se ve vysokých zeměpisných šířkách a vysokých nadmořských výškách, zejména na Sibiři, na tibetské náhorní plošině, na Aljašce, v severní Kanadě, v Grónsku, v částech Skandinávie a v Rusku. Kontinentální šelfy pod Severním ledovým oceánem, které byly vystaveny během poslední doby ledové, obsahují také permafrost.

Polární oblasti a oblasti s vysokou nadmořskou výškou jsou však některými klimaticky nejcitlivějšími místy na planetě. Arktida se otepluje dvakrát rychleji než zbytek planety rychlostí tempa, která nebyla pozorována alespoň za posledních 2000 let, uvádí Národní úřad pro oceán a atmosféru (NOAA). V roce 2016 byly průměrné roční povrchové teploty o 3,5 stupně Celsia teplejší než na začátku 20. století. Ten rok byly teploty permafrostu v Arktidě nejteplejší, jaké kdy byly zaznamenány.

Na Aljašce se teploty permafrostu v posledních několika desetiletích zahřály až na 2 ° C. Nedávná studie předpokládá, že s každým zvýšením teploty o 1 ° C by mohlo být rozmrazením ztraceno 1,5 milionu čtverečních mil permafrostu.

Když se rozmrazí Permafrost

O. Roger Anderson, biolog na Earthontské observatoři Lamont-Doherty Earth Observatory, vysvětlil, proč permafrost uvolňuje uhlík, jakmile se roztaje.

„Aktivní vrstva“ půdy na vrcholu permafrostu, která může být dvě až tři metry hluboká, každé léto roztaje a může udržet život rostlin. Tato vrstva uvolňuje uhlík z kořenů rostlin, které dýchají CO2, az mikrobů v půdě. Některé mikroby rozkládají organickou hmotu na CO2. Jiné, nazývané archea, produkují místo toho metan, jsou-li podmínky anaerobní – když je půda nasycena vodou nebo není k dispozici kyslík. Methan je 20 až 30krát účinnější než oxid uhličitý při zhoršování globálního oteplování, ale zůstává v atmosféře po kratší dobu.

Jakmile se permafrost roztaje, aktivní vrstva se prohlubuje. Mikroby se stávají aktivními a kořeny rostlin mohou pronikat dále dolů, což vede k produkci více CO2. Množství generovaného metanu závisí na tom, jak nasycená je půda.

Vědci neznají relativní podíly emisí oxidu uhličitého a metanu, které by mohly být výsledkem rozmrazování permafrostu ve velkém měřítku, řekl Anderson, protože k tomu nikdy nedošlo v lidské historii. Výzkum horní vrstvy tundry (roviny bez stromů nad permafrostem) však naznačuje, že průměrné emise oxidu uhličitého jsou asi 50krát vyšší než emise metanu.

„A víme, že každých 10 stupňů Celsia, že se půda zahřívá, emise CO2 se zdvojnásobí, “uvedl Anderson.

Studie z roku 2017 odhaduje, že pokud globální teploty vzrostou o 1,5˚C nad 1861 úrovní, může rozmrazení permafrostu uvolnit 68 až 508 gigatun uhlík.Bez zohlednění lidské činnosti by tento uhlík sám o sobě do roku 2300 zvýšil globální teploty o 0,13 až 1,69 ° C. Jelikož jsme se již mohli zablokovat na 1,5 ° C oteplování nad předindustriální úrovní, mohlo by toto množství dalšího oteplování vést ke katastrofickým dopadům změny klimatu.

Ačkoli by teplejší Arktida mohla podporovat více rostlin a rostliny absorbují oxid uhličitý fotosyntézou, předpokládá se, že nový růst vykompenzuje pouze asi 20 procent uvolňování uhlíku permafrostem.

Co chrání permafrost

Jedna věc, která chrání permafrost před dopady změny klimatu, je rašelina, částečně rozpadlá vegetace, která se hromadí v prostředí nasyceném vodou bez kyslíku. Rašelina, která se nachází ve velké části nízké Arktidy, může překrývat nebo obklopovat celou aktivní vrstvu nebo být zmrzlá jako permafrost.

Ben Gaglioti, postdoktorský vědecký pracovník na observatoři Lamont-Doherty Earth Observatory, studoval záznamy sedimentů na severní Aljašce, aby zjistil, kolik uhlíku uvolnil permafrost v reakci na období oteplování konec poslední doby ledové. Ukazuje se, že permafrost byl mnohem citlivější – to znamená, že uvolňoval více uhlíku – během minulých oteplovacích událostí, s postupně menší odezvou v průběhu času. Za posledních 150 let oteplování došlo k relativně malé odezvě.

„Naše hypotéza je, že k hromadění organické hmoty nebo rašeliny v povodí došlo kvůli relativně teplému a stabilnímu podnebí od doby ledové,“ uvedl Gaglioti. “ Tato rašelina, která se začala hromadit asi před 13 000 lety, dělá skvělou práci při izolaci podkladu od tání, takže si myslíme, že tlumí permafrost. “

Gagliotiho modely ukazují, že citlivost podkladového permafrostu je vysoce závislá na tloušťce rašeliny. „Osud podkladového permafrostu spočívá určitým způsobem na stabilitě rašelinové vrstvy,“ řekl.

Nevratný cyklus?

Požáry mohou rašelinu odloupnout a vytvořit permafrost citlivější na změnu klimatu – a očekává se, že v regionech tundry se zvýší, teplejší a suchá léta zvyšují hořlavost vegetace. Vyšší teploty také způsobují více bouřek a blesků, které mohou vyvolat požáry.

Požáry nejen uvolňují CO2 při hoření; poté zčernalá země absorbuje více slunečního záření a dále se ohřívá. A jakmile oheň odstraní rašelinu a vegetaci, která zastíní půdu, může být krajina příliš dobře odvodněná, aby regenerovala rašelinu.

Mnoho vědců se obává, že tání permafrostu by mohlo být bodem zvratu, který spustí nevratný cyklus: Když permafrost uvolňuje svůj uhlík jako CO2 o V případě metanu to urychlí oteplování, které pak způsobí další rozmrznutí permafrostu atd. Lidé nebudou moci udělat nic, aby to zastavili.

Regiony, kde je permafrost celoročně zmrzlý, se již přesouvají na sever; a v některých oblastech tundra nyní zamrzá později na podzim, což mikrobům poskytuje více času na rozklad organické hmoty a na dýchání rostlin.

Dopady rozmrazování permafrostu

Když led v taveninách permafrostu se půda stává nestabilní a může klesat, což způsobuje horniny a sesuvy půdy, povodně a erozi pobřeží.

V některých částech Sibiře se zem zhroutila 280 stop hluboko. Vzpěrná Země může poškodit budovy, silnice, elektrické vedení a další infrastrukturu.

Může také poškodit přírodní ekosystémy. Jezera Thermokarst – prohlubně vytvořené při roztavení permafrostu zhrouceného a naplněného vodou z taveniny – jsou důležité pro divokou zvěř a poskytují vodu místním komunitám. Pokud však podkladový permafrost nadále taje, jezera a mokřady mohou úplně odejít a zničit tyto biologicky důležité zdroje.

Vzhledem k tomu, že usazeniny ze sesuvů bahnitých toků a jezer, ovlivňují život rostlin na základně potravinového řetězce a potenciálně všechna stvoření, která na tom závisí. Změny v krajině mohou změnit vzory chovu a migrace karibu. A jak se Arktida otepluje, bobři se pohybují na sever. Jejich přehrady zaplavují nové oblasti a vytvářejí bažinaté úseky, které umožňují více teplé vody k dalšímu rozmrazování permafrostu.

Rozmrazování permafrostu může uvolňovat více než emise uhlíku. V roce 2016 zemřel mladý chlapec a desítky byly hospitalizovány poté, co se nakazil antraxem na poloostrově Yamal na Sibiři. Po rozmrznutí permafrostu byla mrtvá těla sobů infikovaná antraxem, která před 75 lety zmrzla.Výtrusy antraxu pronikly do půdy a vody a nakonec i do potravy a infikovaly lidi.

Lidé a zvířata a jejich nemoci byly zmrazeny v permafrostu po stovky let, ale bakterie a viry mohou v permafrostu přežít stovky tisíc let – vědci nedávno ožili 30 000 let starý virus, který infikuje améby. Nemoci jako španělská chřipka, neštovice nebo mor, které byly vyhubeny, mohou být zmrznuty v permafrostu. Jak se Arktida ohřívá, mohla by nás další činnost, jako je těžba vzácných zemin nebo drahých kovů, potenciálně znovu kontaktovat.

Stavba na permafrostu je problematická nejen proto, že půda je nestabilní, ale také proto, teplo budov a samotných potrubí může ohřát permafrost. Konstrukce musí být postaveny na dřevěných pilotech nebo na bázi tlustých štěrkových podložek. Vodní a kanalizační potrubí musí být umístěno nad zemí. Některé silnice a letištní dráhy Bethel jsou vybaveny trubkami naplněnými kapalinou, které přenášejí teplo pryč z permafrostu, a nemocnice instalovala stroje, které udržují půdu neustále v chladu.

V Inuviku, městě v severozápadní Kanadě, vědci experimentují s novými odrůdami pilířů ke stabilizaci budov, ale dosud nenašli perfektní řešení. Říká se, že je těžké vědět, co bude fungovat nejlépe, protože nikdo v Arktidě nikdy nezažil rychlost změn permafrostu, která se dnes vyskytuje.

Zbývá mnoho otázek

Zatímco nejnovější Zpráva Mezivládního panelu pro změnu klimatu připustila, že permafrost se otepluje, jeho klimatické modely tyto emise při tvorbě klimatických projekcí nezohledňovaly.

Je to proto, že nakonec to, jak moc se planeta ohřeje z rozmrazení permafrostu, bude záviset na tom, kolik uhlík se uvolňuje, jak rychle a zda je ve formě CO2 nebo metanu. Abychom však tomuto fenoménu důkladněji porozuměli a mohli provádět přesnější klimatické projekce, musí vědci umět lépe posoudit zranitelnost permafrostu vůči tání a jeho mnoho důsledků pro Arktidu a planetu.

„Vědecký výzkum je v porozumění tak důležitý,“ řekl Anderson. „Prostě nemůžeme předvídat z toho, co je již známo, protože v této míře jsme nikdy předtím nemrzli. Pouze na základě pečlivějšího vědeckého výzkumu můžeme odpovědět na tyto otázky. “