Hvorfor optøning af permafrost er vigtig

Hvorfor optøning af permafrost betyder

I Bethel, Alaska splittes mure, huse kollapser, og hovedvejen ligner en kiddy rutsjebane. I kystbyen Kongiganak forhindrer synkende kirkegårde alaskanere i at begrave deres døde i jorden. Landsbyen Shishmaref, der ligger på en ø fem miles fra det vestlige Alaska-fastland, eroderet så meget, at den overvejer total flytning. Disse samfund plages af permafrost, der er optøet.

Permafrost er jord, der forbliver frossen i to eller flere år i træk. Det består af sten, jord, sedimenter og forskellige mængder is, der binder elementerne sammen. Noget permafrost er blevet frosset i titusinder eller hundreder af tusinder af år.

Permafrost, der findes under et jordlag, kan være fra 3 fod til 4900 fod tyk. Den gemmer de kulstofbaserede rester af planter og dyr, der frøs, før de kunne nedbrydes. Forskere vurderer, at verdens permafrost har 1.500 milliarder ton kulstof, næsten det dobbelte af den mængde kulstof, der i øjeblikket er i atmosfæren.

Desværre frigiver den permafrost kuldioxid og metan til atmosfæren, når permafrost varmes og tø. . Når den globale termostat stiger, kan permafrost i stedet for at lagre kulstof blive en væsentlig kilde til planetopvarmningsemissioner.

Permafrost er allerede optøet nogle steder, og hvis problemet spreder sig, er forskere bekymrede for, at det kan igangsætte en løbende proces med global opvarmning.

Den opvarmende arktiske

Permafrost dækker omkring 24 procent af den eksponerede landmasse på den nordlige halvkugle – omkring 9 millioner kvadrat miles. Det findes i høje breddegrader og store højder, hovedsageligt i Sibirien, det tibetanske plateau, Alaska, det nordlige Canada, Grønland, dele af Skandinavien og Rusland. Kontinentale hylder under det arktiske hav, som blev eksponeret i den sidste istid, indeholder også permafrost.

Imidlertid er polære og store højderegioner nogle af de mest klimafølsomme steder på planeten. Arktis opvarmes dobbelt så hurtigt som resten af planeten med en temperaturændring, der ikke er blevet observeret i mindst de sidste 2.000 år, ifølge National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). I 2016 var de årlige gennemsnitlige overfladetemperaturer 3,5 grader Celsius varmere end de var i starten af det 20. århundrede. Det år var permafrosttemperaturer i Arktis de varmeste nogensinde registreret.

I Alaska er permafrosttemperaturerne blevet opvarmet så meget som 2 ° C i de sidste par årtier. En nylig undersøgelse projekterer, at med hver 1 ° C temperaturstigning kan 1,5 millioner kvadratkilometer permafrost gå tabt ved optøning.

Når permafrost optøer

O. Roger Anderson, biolog ved Earth Institutes Lamont-Doherty Earth Observatory, forklarede, hvorfor permafrost frigiver kulstof, når det tø.

Det aktive lag jord oven på permafrosten, som kan være 2 til 13 fod dyb, optø hver sommer og kan opretholde plantelivet. Dette lag frigiver kulstof fra planterødderne, der udlufter CO2 og fra mikrober i jorden. Nogle mikrober nedbryder det organiske stof til CO2. Andre, kaldet archaea, producerer i stedet metan, når forholdene er anaerobe – når jorden er mættet med vand, eller der ikke findes ilt. Metan er 20 til 30 gange kraftigere end kuldioxid ved forværring af den globale opvarmning, men det forbliver i atmosfæren i kortere tid.

Når permafrost tø, uddyber det aktive lag. Mikroberne bliver aktive, og planterødder kan trænge længere ned, hvilket resulterer i produktion af mere CO2. Mængden af dannet methan afhænger af, hvor mættet jorden er.

Forskere kender ikke de relative andele af kuldioxid og metanemissioner, der kan være resultatet af optøning af storskala permafrost, sagde Anderson, fordi dette aldrig er sket i menneskets historie. Forskning på det øverste lag af tundraen (træløse sletter, der ligger over permafrosten) antyder imidlertid, at den gennemsnitlige kuldioxidemission er ca. 50 gange højere end metanens.

“Og det ved vi for hver 10 grad Celsius, at jorden opvarmes, vil udledningen af CO2 fordobles, ”sagde Anderson.

En undersøgelse fra 2017 anslog, at hvis de globale temperaturer stiger 1,5 ° C over 1861-niveauerne, kan optøning af permafrost frigive 68 til 508 gigatons kulstof.Uden at tage hensyn til menneskelig aktivitet ville dette kulstof alene øge de globale temperaturer 0,13 til 1,69 ° C inden 2300. Da vi måske allerede har låst 1,5 ° C opvarmning over førindustrielle niveauer, kan denne mængde yderligere opvarmning resultere i katastrofale påvirkninger af klimaforandringer.

Selvom en varmere Arktis kunne understøtte flere planter, og planter absorberer kuldioxid gennem fotosyntese, forventes den nye vækst kun at udligne ca. 20 procent af permafrostens frigivelse af kulstof.

Hvad beskytter permafrost

En ting, der beskytter permafrost mod klimaændringernes påvirkninger, er tørv, den delvis forfaldne vegetation, der akkumuleres i vandmættede omgivelser uden ilt. Findes i meget af det lave arktiske område, kan tørv ligge over eller omfatte hele det aktive lag eller fryses ned som permafrost.

Ben Gaglioti, postdoktorforsker ved Lamont-Doherty Earth Observatory, studerede søsedimentregistreringer i det nordlige Alaska for at bestemme, hvor meget kulstof permafrosten frigav som reaktion på opvarmningsperioder kl. slutningen af den sidste istid. Det viser sig, at permafrosten var meget mere følsom – hvilket betyder, at den frigav mere kulstof – under tidligere opvarmningsbegivenheder med gradvist mindre respons over tid. I de seneste 150 års opvarmning har der været relativt lidt respons.

“Vores hypotese er, at opbygningen af organisk stof eller tørv i vandskel har fundet sted på grund af et relativt varmt og stabilt klima siden istiden,” sagde Gaglioti. ” Den tørv, der begyndte at akkumulere for omkring 13.000 år siden, gør et godt stykke arbejde med at isolere den underliggende jord fra optøning, så vi synes, det er en buffer for permafrosten. ”

Gagliotis modeller viser, at følsomheden af den underliggende permafrost er meget afhængig af tørvets tykkelse. “Skæbnen for den underliggende permafrost hviler på nogle måder på tørvelagets stabilitet,” sagde han.

En irreversibel cyklus?

Skovbrande kan skrælle tørven tilbage og gøre permafrost mere følsomme over for klimaændringer – og de forventes at stige i tundraområder, sagde Gaglioti. Varmere og tørre somre gør vegetationen mere brændbar. Varmere temperaturer medfører også flere tordenvejr og lynnedslag, der kan udløse skovbrande.

Brande frigiver ikke kun CO2, når de brænder; bagefter absorberer den sorte jord mere solstråling og opvarmes yderligere. Og når ild fjerner tørv og vegetation, der skygger jorden, kan landskabet blive for godt drænet til at regenerere tørven.

Mange forskere er bekymrede for, at optøning af permafrost kan være et vendepunkt, der udløser en irreversibel cyklus: Når permafrost frigiver sit kulstof som CO2 o r methan, vil det fremskynde opvarmningen, som derefter vil udfælde mere permafrost-optøning og så videre. Der vil ikke være noget, mennesker kan gøre for at stoppe det.

De regioner, hvor permafrost er frossen året rundt, skifter allerede nordpå; og i nogle områder fryser tundraen nu senere på efteråret, hvilket giver mikrober mere tid til at nedbryde organisk materiale og planter kan respire.

Effekter af optøning af permafrost

Når isen i permafrost smelter, bliver jorden ustabil og kan falde ned og forårsage sten og jordskred, oversvømmelser og erosion ved kysten.

Jorden er kollapset 280 fod dybt i nogle dele af Sibirien. Den bukkende jord kan beskadige bygninger, veje, kraftledninger og anden infrastruktur.

Det kan også skade naturlige økosystemer. Thermokarst-søer – fordybninger dannet ved optøning af permafrost kollapsede og fyldt med smeltevand – er vigtige for dyrelivet og giver vand til lokale samfund. Men hvis den underliggende permafrost fortsætter med at tø, kan søer og vådområder dræne fuldstændigt og ødelægge disse biologisk vigtige ressourcer.

Da sedimenterne fra jordskred mudrede vandløb og søer påvirker de plantelivet ved bunden af fødekæden. og potentielt alle skabninger, der er afhængige af det. Ændringer i landskabet kan ændre rensdyrsavl og vandringsmønstre. Og når Arktis varmer, bevæger bævere sig mod nord. Deres dæmninger oversvømmer nye områder og skaber uklar strækninger, der tillader mere varmt vand at optø permafrosten yderligere.

Optøningspermafrost kan frigive mere end kulstofemissioner. I 2016 døde en ung dreng, og snesevis blev indlagt på hospitalet efter at have fået miltbrand på Yamal-halvøen i Sibirien. Et miltbrandinficeret rensdyrskroppe, der frøs 75 år tidligere, blev udsat, da permafrosten optøede.Miltbrandsporer kom ind i jorden og vandet og til sidst madforsyningen og inficerede mennesker.

Mennesker og dyr og deres sygdomme har været nedfrosset i permafrosten i hundreder af år, men bakterier og vira kan overleve i permafrost i hundreder af tusinder af år – forskere genoplivet for nylig en 30.000 år gammel virus, der inficerer amøber. Sygdomme som spansk influenza, kopper eller pest, der er udslettet, kan fryses ned i permafrosten. Når Arktis opvarmes, kan mere aktivitet, som minedrift efter sjældne jordarter eller ædle metaller, potentielt sætte os i kontakt med dem igen.

At bygge videre på permafrost er problematisk, ikke kun fordi jorden er ustabil, men fordi varmen fra bygninger og rør kan varme op i permafrost. Konstruktioner skal bygges på træpæle eller på tykke grusplader. Vand- og kloakrør skal placeres over jorden. Nogle Bethel-veje og lufthavnsbaner er udstyret med væskefyldte rør, der overfører varme væk fra permafrosten, og hospitalet har installeret maskiner, der holder jorden konstant nedkølet.

I Inuvik, en by i det nordvestlige Canada, forskere eksperimenterer med nye sorter pilings for at stabilisere bygninger, men de har endnu ikke fundet en perfekt løsning. De siger, at det er svært at vide, hvad der fungerer bedst, fordi ingen i Arktis nogensinde har oplevet den hastighed af permafrostændring, der sker i dag.

Mange spørgsmål forbliver

Mens de seneste Rapporten fra det mellemstatslige panel om klimaændringer anerkendte, at permafrost varmer op, dets klimamodeller tog ikke højde for disse emissioner, når de foretog klimaprognoser.

Det er fordi i sidste ende, hvor meget planeten varmer fra optøning af permafrost, afhænger af hvor meget kulstof frigives, hvor hurtigt, og om det er i form af CO2 eller metan. Men for at få en bedre forståelse af dette fænomen og for at være i stand til at foretage mere nøjagtige klimaprognoser skal forskere være i stand til bedre at vurdere sårbarheden af permafrost for optøning og dens mange konsekvenser for Arktis og planeten.

“Videnskabelig forskning er så vigtig i forståelsen,” sagde Anderson. “Vi kan bare ikke forudsige ud fra, hvad der allerede er kendt, fordi vi aldrig har haft permafrost optøning tidligere i denne grad. Det er kun gennem mere omhyggelig videnskabelig forskning, at vi kan besvare disse spørgsmål. ”