Why Thawing Permafrost Matters

Why Thawing Permafrost Matters

I Bethel, Alaska, splitter veggene, husene kollapser, og hovedveien ser ut som en tøff berg-og dalbane. I kystbyen Kongiganak forhindrer synkende kirkegårder alaskanere fra å begrave sine døde i bakken. Landsbyen Shishmaref, som ligger på en øy fem miles fra det vestlige Alaska-fastlandet, har erodert så mye at den vurderer total flytting. Disse samfunnene blir plaget av permafrost som tiner.

Permafrost er jord som forblir frossen i to eller flere år på rad. Den består av stein, jord, sedimenter og forskjellige mengder is som binder elementene sammen. Noe permafrost har vært frossen i titusener eller hundretusener av år.

Permafrost, som er funnet under et jordlag, kan være fra 3 fot til 4900 fot tykk. Den lagrer de karbonbaserte restene av planter og dyr som frøs før de kunne spaltes. Forskere anslår at verdens permafrost har 1500 milliarder tonn karbon, nesten dobbelt så mye karbon som for øyeblikket er i atmosfæren.

Dessverre, når permafrost varmer og tiner, frigjør den karbondioksid og metan i atmosfæren. . Når den globale termostaten stiger, kan permafrost, i stedet for å lagre karbon, bli en betydelig kilde til utslipp av planetoppvarming.

Permafrost tiner allerede noen steder, og hvis problemet sprer seg, er forskere bekymret for at det kan sette i gang en rømningsprosess med global oppvarming.

Det oppvarmende arktiske

Permafrost dekker omtrent 24 prosent av den eksponerte landmassen på den nordlige halvkule – omtrent 9 millioner kvadratkilometer. Den finnes på høye breddegrader og høye høyder, hovedsakelig i Sibir, det tibetanske platået, Alaska, Nord-Canada, Grønland, deler av Skandinavia og Russland. Kontinentalsokkelene under Polhavet, som ble eksponert i løpet av den siste istiden, inneholder også permafrost.

Imidlertid er polare og høye høyderegioner noen av de mest klimafølsomme stedene på planeten. Arktis varmer opp dobbelt så raskt som resten av planeten, med en temperaturendring som ikke har blitt observert de siste 2000 årene, ifølge National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). I 2016 var den årlige gjennomsnittlige overflatetemperaturen 3,5 grader Celsius varmere enn de var på begynnelsen av det 20. århundre. Det året var permafrosttemperaturene i Arktis den varmeste som noensinne er registrert.

I Alaska har permafrosttemperaturene varmet så mye som 2˚C de siste tiårene. En nylig studie prosjekterer at med hver 1 ° C økning i temperatur kan 1,5 millioner kvadratkilometer permafrost gå tapt ved tining.

Når permafrost tiner

O. Roger Anderson, biolog ved Earth Institutes Lamont-Doherty Earth Observatory, forklarte hvorfor permafrost frigjør karbon når det tiner.

Det ‘aktive laget’ av jord på toppen av permafrosten, som kan være to til 13 fot dyp, tiner hver sommer og kan opprettholde plantelivet. Dette laget frigjør karbon fra røttene til planter som puster ut CO2, og fra mikrober i jorden. Noen mikrober bryter ned det organiske materialet til CO2. Andre, kalt archaea, produserer i stedet metan, når forholdene er anaerobe – når jorden er mettet med vann eller ingen oksygen er tilgjengelig. Metan er 20 til 30 ganger kraftigere enn karbondioksid når det forverrer den globale oppvarmingen, men det forblir i atmosfæren i kortere tid.

Når permafrost tiner, blir det aktive laget dypere. Mikrobene blir aktive og planterøtter kan trenge lenger ned, noe som resulterer i produksjon av mer CO2. Mengden metan som genereres avhenger av hvor mettet bakken er.

Forskere vet ikke de relative andelene av utslipp av karbondioksid og metan som kan oppstå som følge av tining av permafrost i stor skala, sa Anderson, fordi dette aldri har skjedd i menneskets historie. Forskning på det øvre laget av tundraen (treløse sletter over permafrosten) antyder imidlertid at det gjennomsnittlige utslippet av karbondioksid er omtrent 50 ganger høyere enn metan.

«Og det vet vi for hver tiende grad Celsius at jorden varmes opp, vil utslipp av CO2 doble seg, ”sa Anderson.

En studie fra 2017 anslår at hvis globale temperaturer stiger 1,5 ° C over 1861-nivåer, kan tining av permafrost frigjøre 68 til 508 gigatons karbon.Uten å ta hensyn til menneskelig aktivitet, ville dette karbonet alene øke de globale temperaturene 0,13 til 1,69 ° C innen 2300. Siden vi kanskje allerede har låst 1,5 ° C oppvarming over førindustrielle nivåer, kan denne mengden ekstra oppvarming føre til katastrofale påvirkninger av klimaendringene.

Selv om et varmere Arktis kunne støtte flere planter, og planter absorberer karbondioksid gjennom fotosyntese, antas den nye veksten kun å oppveie ca. 20 prosent av permafrostens karbonutslipp.

Det som beskytter permafrost

En ting som beskytter permafrost mot påvirkningene av klimaendringene er torv, den delvis forfallne vegetasjonen som akkumuleres i vannmettede miljøer uten oksygen. Finnes i mye av det lave arktiske området, kan torv ligge over eller omfatte hele det aktive laget eller bli frosset som permafrost.

Ben Gaglioti, postdoktor ved Lamont-Doherty Earth Observatory, studerte sedimentregistreringer i Nord-Alaska for å bestemme hvor mye karbon permafrosten frigjorde som svar på oppvarmingsperioder slutten av siste istid. Det viser seg at permafrosten var mye mer følsom – noe som betyr at den frigjorde mer karbon – under tidligere oppvarmingshendelser, med gradvis mindre respons over tid. I de siste 150 årene av oppvarmingen har det vært relativt lite respons.

«Vår hypotese er at opphopningen av organisk materiale eller torv i vannskillet har skjedd på grunn av et relativt varmt og stabilt klima siden istiden,» sa Gaglioti. » Den torven, som begynte å akkumulere for rundt 13 000 år siden, gjør en god jobb med å isolere den underliggende bakken fra tining, så vi tror det er en bufring av permafrosten. svært avhengig av tykkelsen på torven. «Skjebnen til den underliggende permafrosten hviler på noen måter på torvlagets stabilitet,» sa han.

En irreversibel syklus?

Skogbranner kan skrelle torven tilbake og lage permafrost. mer følsomme for klimaendringer – og det forventes at de vil øke i tundraområder, sa Gaglioti. Varmere og tørrere somre gjør vegetasjonen mer brennbar. Varmere temperaturer gir også mer tordenvær og lynnedslag som kan utløse brann.

Branner frigjør ikke bare CO2 når de brenner; etterpå absorberer den sorte bakken mer solstråling og varmes opp ytterligere. Og når ild fjerner torv og vegetasjon som skygger bakken, kan landskapet bli for godt drenert til å regenerere torven.

Mange forskere er bekymret for at tining av permafrost kan være et vippepunkt som utløser en irreversibel syklus: Når permafrost frigjør karbon som CO2 o r metan, vil den akselerere oppvarmingen, som deretter vil utfelle mer permafrost-tining, og så videre. Det vil ikke være noe mennesker kan gjøre for å stoppe det.

Regionene der permafrost er frossen året rundt skifter allerede nordover; og i noen områder fryser tundraen nå senere på høsten, noe som gir mer tid for mikrober å spalte organisk materiale og for at planter skal puste ut.

Effekter av tining av permafrost

Når isen i permafrost smelter blir bakken ustabil og kan synke, forårsaker stein og ras, flom og kyst erosjon.

Bakken har kollapset 280 fot dypt i noen deler av Sibir. Den knekkende jorden kan skade bygninger, veier, kraftledninger og annen infrastruktur.

Det kan også skade naturlige økosystemer. Thermokarst-innsjøer – fordypninger dannet når tining av permafrost kollapset og fylt med smeltevann – er viktig for dyrelivet og gir vann til lokalsamfunn. Men hvis den underliggende permafrosten fortsetter å tine, kan innsjøer og våtmarker renne fullstendig og ødelegge disse biologisk viktige ressursene. og potensielt alle skapningene som er avhengige av det. Endringer i landskapet kan endre karibou avl og migrasjon mønstre. Og når Arktis varmer, beveger bever seg nordover. Dammene deres oversvømmer nye områder og skaper tøffe strekninger som gjør at mer varmt vann kan tine permafrosten ytterligere.

Tine permafrost kan frigjøre mer enn karbonutslipp. I 2016 døde en ung gutt og dusinvis ble innlagt på sykehus etter å ha fått miltbrann på Yamal-halvøya i Sibir. Et miltbranninfisert reinsdyr som frøs 75 år tidligere ble utsatt da permafrosten tint.Miltbrannsporer kom inn i jorda og vannet og til slutt matforsyningen og smittet mennesker.

Mennesker og dyr og deres sykdommer har blitt frosset i permafrosten i hundrevis av år, men bakterier og virus kan overleve i permafrost i hundretusener av år – forskere gjenopplivet nylig et 30.000 år gammelt virus som infiserer amøber. Sykdommer som spansk influensa, kopper eller pesten som er utslettet, kan frosses i permafrosten. Når Arktis varmer opp, kan mer aktivitet, som gruvedrift for sjeldne jordarter eller edle metaller, potensielt sette oss i kontakt med dem igjen.

Å bygge på permafrost er problematisk, ikke bare fordi bakken er ustabil, men fordi varmen fra bygninger og rør i seg selv kan varme opp permafrost. Konstruksjoner må bygges på trepeler eller basert på tykke grusplater. Vann- og avløpsrør må plasseres over bakken. Noen Bethel-veier og flyplassbaner er utstyrt med væskefylte rør som overfører varme bort fra permafrosten, og sykehuset har installert maskiner som holder bakken konstant nedkjølt.

I Inuvik, en by nordvest i Canada, forskere eksperimenterer med nye varianter av pilings for å stabilisere bygninger, men de har ennå ikke funnet en perfekt løsning. De sier at det er vanskelig å vite hva som vil fungere best fordi ingen i Arktis noen gang har opplevd den hastigheten av permafrostendring som skjer i dag.

Mange spørsmål gjenstår

Mens de siste Mellomstatlig panel for klimaendringsrapport erkjente at permafrost varmer, klimamodellene tok ikke hensyn til disse utslippene når de gjorde klimaprognoser.

Det er fordi til slutt, hvor mye planeten varmer fra å tine permafrost, vil avhenge av hvor mye karbon frigjøres, hvor raskt, og om det er i form av CO2 eller metan. Men for å få en bedre forståelse av dette fenomenet og for å kunne gjøre mer nøyaktige klimaprognoser, må forskere kunne vurdere bedre sårbarheten til permafrost for tining og dens mange konsekvenser for Arktis og planeten.

«Vitenskapelig forskning er så viktig i forståelsen,» sa Anderson. «Vi kan bare ikke forutsi fra det som allerede er kjent fordi vi aldri har hatt permafrost-tining tidligere i denne grad. Det er bare gjennom mer nøye vitenskapelig forskning vi kan svare på disse spørsmålene. ”