Waarom ontdooien van Permafrost belangrijk is

Waarom ontdooien van permafrost ertoe doet

In Bethel, Alaska, splijten muren, storten huizen in en ziet de hoofdweg eruit als een kinderachtbaan. In de kustplaats Kongiganak zorgen zinkende begraafplaatsen ervoor dat Alaskanen hun doden niet in de grond kunnen begraven. Het dorp Shishmaref, gelegen op een eiland vijf mijl van het westelijke vasteland van Alaska, is zo erg geërodeerd dat het overweegt om volledig te verplaatsen. Deze gemeenschappen worden geplaagd door permafrost die aan het ontdooien is.

Permafrost is gemalen die gedurende twee of meer opeenvolgende jaren bevroren blijft. Het is samengesteld uit gesteente, aarde, sedimenten en verschillende hoeveelheden ijs die de elementen aan elkaar binden. Sommige permafrost is al tientallen of honderdduizenden jaren bevroren.

Onder een laag aarde kan permafrost tussen de 1 en 4 meter dik zijn. Het slaat de op koolstof gebaseerde overblijfselen van planten en dieren op die bevroren waren voordat ze konden ontbinden. Wetenschappers schatten dat de permafrost in de wereld 1.500 miljard ton koolstof bevat, bijna het dubbele van de hoeveelheid koolstof die momenteel in de atmosfeer aanwezig is.

Helaas, wanneer permafrost opwarmt en ontdooit, geeft het kooldioxide en methaan vrij in de atmosfeer. . Naarmate de wereldwijde thermostaat stijgt, kan permafrost, in plaats van koolstof op te slaan, een belangrijke bron van opwarming van de planeet worden.

Permafrost is op sommige plaatsen al aan het ontdooien, en als het probleem zich verspreidt, zijn wetenschappers bang dat het een op hol geslagen proces van opwarming van de aarde kan veroorzaken.

The Warming Arctic

Permafrost beslaat ongeveer 24 procent van de blootgestelde landmassa van het noordelijk halfrond – ongeveer 9 miljoen vierkante mijl. Het wordt gevonden op grote breedtegraden en grote hoogten, voornamelijk in Siberië, het Tibetaanse plateau, Alaska, Noord-Canada, Groenland, delen van Scandinavië en Rusland. De continentale plateaus onder de Noordelijke IJszee, die tijdens de laatste ijstijd zijn blootgelegd, bevatten ook permafrost.

De poolgebieden en hooggelegen gebieden zijn echter enkele van de meest klimaatgevoelige plekken op aarde. Volgens de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) warmt het noordpoolgebied twee keer zo snel op als de rest van de planeet, met een temperatuurverandering die de afgelopen 2000 jaar niet is waargenomen. In 2016 waren de jaarlijkse gemiddelde oppervlaktetemperaturen 3,5 graden Celsius warmer dan aan het begin van de 20e eeuw. Dat jaar waren de permafrosttemperaturen in het noordpoolgebied de warmste ooit gemeten.

In Alaska zijn de permafrosttemperaturen in de afgelopen decennia tot wel 2˚C gestegen. Een recente studie laat zien dat bij elke temperatuurstijging van 1˚C 1,5 miljoen vierkante mijl permafrost verloren kan gaan door ontdooien.

Wanneer Permafrost ontdooit

O. Roger Anderson, een bioloog bij het Lamont-Doherty Earth Observatory van het Earth Institute, legde uit waarom permafrost koolstof afgeeft tijdens het ontdooien.

De ‘actieve laag’ aarde bovenop de permafrost, die 2 tot 4 meter diep kan zijn, ontdooit elke zomer en kan het plantenleven ondersteunen. Deze laag maakt koolstof vrij van de wortels van planten die CO2 uitademen, en van microben in de bodem. Sommige microben breken de organische stof af tot CO2. Anderen, archaea genaamd, produceren in plaats daarvan methaan als de omstandigheden anaëroob zijn – als de grond verzadigd is met water of als er geen zuurstof beschikbaar is. Methaan is 20 tot 30 keer krachtiger dan kooldioxide bij het verergeren van de opwarming van de aarde, maar het blijft minder lang in de atmosfeer.

Naarmate permafrost ontdooit, verdiept de actieve laag zich. De microben worden actief en plantenwortels kunnen dieper doordringen waardoor er meer CO2 wordt geproduceerd. De hoeveelheid methaan die wordt gegenereerd, hangt af van hoe verzadigd de grond is.

Wetenschappers weten niet de relatieve verhoudingen van kooldioxide en methaanemissies die kunnen voortvloeien uit grootschalige ontdooiende permafrost, zei Anderson, omdat dit nooit is gebeurd. in de menselijke geschiedenis. Onderzoek naar de bovenste laag van de toendra (boomloze vlaktes boven de permafrost) suggereert echter dat de gemiddelde uitstoot van koolstofdioxide ongeveer 50 keer hoger is dan die van methaan.

“En dat weten we voor elke 10 graden. Celsius dat de bodem opwarmt, zal de uitstoot van CO2 verdubbelen, “zei Anderson.

Een studie uit 2017 schatte dat als de temperatuur op aarde 1,5˚C boven 1861 niveaus stijgt, de ontdooide permafrost 68 tot 508 gigaton kan vrijgeven koolstof.Zonder rekening te houden met menselijke activiteit, zou deze koolstof alleen de mondiale temperatuur tegen 2300 met 0,13 tot 1,69 ° C doen stijgen. Aangezien we misschien al 1,5 ° C opwarming boven pre-industriële niveaus hebben vastgehouden, zou deze hoeveelheid extra opwarming catastrofale gevolgen kunnen hebben. van klimaatverandering.

Hoewel een warmer noordpoolgebied meer planten zou kunnen ondersteunen en planten kooldioxide absorberen door middel van fotosynthese, wordt verwacht dat de nieuwe groei slechts ongeveer 20 procent van de koolstofafgifte van de permafrost compenseert.

Wat de permafrost beschermt

Een ding dat permafrost beschermt tegen de gevolgen van klimaatverandering is turf, de gedeeltelijk vervallen vegetatie die zich ophoopt in waterverzadigde omgevingen zonder zuurstof. Gevonden in een groot deel van het lage noordpoolgebied, kan turf de hele actieve laag bedekken of omvatten of als permafrost worden bevroren.

Ben Gaglioti, een postdoctoraal onderzoeker aan het Lamont-Doherty Earth Observatory, bestudeerde sedimentrecords in het noorden van Alaska om te bepalen hoeveel koolstof de permafrost vrijkomt als reactie op opwarmperiodes in het einde van de laatste ijstijd. Het blijkt dat de permafrost veel gevoeliger was – wat betekent dat hij meer koolstof vrijgaf – tijdens eerdere opwarmingen, met geleidelijk minder respons in de loop van de tijd. In de laatste 150 jaar van opwarming is er relatief weinig respons geweest.

“Onze hypothese is dat de opeenhoping van organisch materiaal of turf in de waterscheiding heeft plaatsgevonden als gevolg van een relatief warm en stabiel klimaat sinds de ijstijd”, aldus Gaglioti. ” Dat veen, dat zich ongeveer 13.000 jaar geleden begon op te hopen, doet uitstekend werk bij het isoleren van de onderliggende grond tegen dooi, dus we denken dat het de permafrost buffert. ”

Gagliotis modellen laten zien dat de gevoeligheid van de onderliggende permafrost is sterk afhankelijk van de dikte van het veen. “Het lot van de onderliggende permafrost berust in zekere zin op de stabiliteit van de veenlaag”, zei hij.

Een onomkeerbare cyclus?

Bosbranden kunnen het veen loslaten en permafrost maken gevoeliger voor klimaatverandering – en ze zullen naar verwachting toenemen in toendragebieden, zei Gaglioti. Warmere en drogere zomers maken de vegetatie brandbaarder. Warmere temperaturen zorgen ook voor meer onweersbuien en blikseminslagen die bosbranden kunnen veroorzaken.

Branden komen niet alleen vrij CO2 terwijl ze verbranden; daarna absorbeert de zwartgeblakerde grond meer zonnestraling en warmt verder op. En zodra vuur de turf en vegetatie verwijdert die de grond verduistert, kan het landschap te goed gedraineerd worden om de turf te regenereren.

Veel wetenschappers zijn bezorgd dat het ontdooien van permafrost een kantelpunt kan zijn dat een onomkeerbare cyclus in gang zet: wanneer permafrost zijn koolstof vrijgeeft als CO2 o methaan, het zal de opwarming versnellen, wat dan meer permafrost zal doen ontdooien, enzovoort. Er zal niets zijn dat mensen kunnen doen om het te stoppen.

De regios waar permafrost het hele jaar door bevroren is, verschuiven al naar het noorden; en in sommige gebieden bevriest de toendra nu later in de herfst, waardoor microben meer tijd hebben om organisch materiaal af te breken en planten kunnen ademen.

Effecten van ontdooiende permafrost

Wanneer het ijs bij het smelten van permafrost wordt de grond instabiel en kan inzakken, wat rots- en aardverschuivingen, overstromingen en kusterosie veroorzaakt.

De grond is in sommige delen van Siberië 85 meter diep ingestort. De knikkende aarde kan gebouwen, wegen, hoogspanningsleidingen en andere infrastructuur beschadigen.

Het kan ook natuurlijke ecosystemen beschadigen. Thermokarst-meren – depressies die werden gevormd toen de permafrost instortte en gevuld met smeltwater – zijn belangrijk voor dieren in het wild en leveren water aan lokale gemeenschappen. Maar als de onderliggende permafrost blijft ontdooien, kunnen meren en wetlands volledig leeglopen, waardoor deze biologisch belangrijke bronnen vernietigd worden.

Aangezien de sedimenten van aardverschuivingen modderige stromen en meren beïnvloeden, hebben ze invloed op het plantenleven aan de basis van de voedselketen en mogelijk alle wezens die ervan afhankelijk zijn. Veranderingen in het landschap kunnen de broed- en migratiepatronen van kariboes veranderen. En terwijl het noordpoolgebied opwarmt, trekken bevers naar het noorden. Hun dammen overspoelen nieuwe gebieden, waardoor drassige stukken ontstaan waardoor meer warm water de permafrost verder kan ontdooien.

Ontdooien van permafrost kan meer dan alleen koolstofemissies veroorzaken. In 2016 stierf een jonge jongen en tientallen werden in het ziekenhuis opgenomen nadat ze miltvuur hadden opgelopen op het schiereiland Yamal in Siberië. Een met miltvuur besmet rendierkarkas dat 75 jaar eerder bevroren was, kwam bloot te liggen toen de permafrost ontdooide.Miltvuursporen drongen de bodem en het water binnen, en uiteindelijk de voedselvoorziening, en infecteerden de mensen.

Mensen en dieren en hun ziekten zijn al honderden jaren bevroren in de permafrost, maar bacteriën en virussen kunnen honderdduizenden jaren in permafrost overleven – wetenschappers hebben onlangs nieuw leven ingeblazen een 30.000 jaar oud virus dat amoeben infecteert. Ziekten zoals de Spaanse griep, pokken of de pest die zijn weggevaagd, kunnen in de permafrost worden bevroren. Naarmate het noordpoolgebied opwarmt, kan meer activiteit, zoals mijnbouw voor zeldzame aardmetalen of edelmetalen, ons mogelijk weer met hen in contact brengen.

Voortbouwen op permafrost is problematisch, niet alleen omdat de grond onstabiel is, maar ook omdat de warmte van gebouwen en leidingen zelf kan permafrost opwarmen. Constructies moeten worden gebouwd op houten palen of gebaseerd op dikke grindpads. Water- en rioolbuizen moeten bovengronds worden aangelegd. Sommige Bethelwegen en landingsbanen van luchthavens zijn uitgerust met met vloeistof gevulde leidingen die warmte afvoeren van de permafrost, en het ziekenhuis heeft machines geïnstalleerd die de grond constant gekoeld houden.

In Inuvik, een stad in het noordwesten van Canada, onderzoekers experimenteren met nieuwe varianten van palen om gebouwen te stabiliseren, maar hebben nog geen perfecte oplossing gevonden. Ze zeggen dat het moeilijk is om te weten wat het beste werkt, omdat niemand in het noordpoolgebied ooit de snelheid van permafrostverandering heeft meegemaakt die tegenwoordig plaatsvindt.

Er blijven nog veel vragen.

Hoewel de meest recente Het rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change erkende dat permafrost aan het opwarmen is, de klimaatmodellen hielden geen rekening met deze emissies bij het maken van klimaatprojecties.

Dat komt omdat uiteindelijk, hoeveel de planeet opwarmt door het ontdooien van permafrost, afhangt van hoeveel koolstof komt vrij, hoe snel en of het in de vorm van CO2 of methaan is. Maar om een beter begrip van dit fenomeen te krijgen en om nauwkeurigere klimaatprojecties te kunnen maken, moeten wetenschappers de kwetsbaarheid van permafrost voor ontdooien en de vele gevolgen ervan voor het noordpoolgebied en de planeet beter kunnen inschatten.

“Wetenschappelijk onderzoek is zo belangrijk om te begrijpen”, zei Anderson. “We kunnen gewoon niet voorspellen op basis van wat al bekend is, omdat we nog nooit eerder in deze mate permafrost hebben laten ontdooien. Alleen door zorgvuldiger wetenschappelijk onderzoek kunnen we deze vragen beantwoorden. “