Dlaczego rozmrażanie wiecznej zmarzliny ma znaczenie

Dlaczego rozmrażanie wiecznej zmarzliny ma znaczenie

W Bethel na Alasce mury pękają, domy się walą, a główna droga wygląda jak kiddy rollercoaster. W nadmorskim mieście Kongiganak tonące cmentarze uniemożliwiają Alaskańczykom chowanie zmarłych w ziemi. Wioska Shishmaref, położona na wyspie pięć mil od zachodniej części Alaski, uległa erozji do tego stopnia, że rozważa całkowitą relokację. Te społeczności są nękane przez topniejącą wieczną zmarzlinę.

Wieczna zmarzlina to ziemia, która pozostaje zamarznięta przez dwa lub więcej kolejnych lat. Składa się ze skał, gleby, osadów i różnych ilości lodu, które spajają elementy razem. Część wiecznej zmarzliny była zamarznięta przez dziesiątki lub setki tysięcy lat.

Znajdująca się pod warstwą gleby wieczna zmarzlina może mieć od trzech stóp do 4900 stóp grubości. Przechowuje węglowe szczątki roślin i zwierząt, które zamarzły, zanim zdążyły się rozłożyć. Naukowcy szacują, że wieczna zmarzlina na świecie zawiera 1500 miliardów ton węgla, prawie dwa razy więcej niż obecnie w atmosferze.

Niestety, gdy wieczna zmarzlina ogrzewa się i topnieje, uwalnia dwutlenek węgla i metan do atmosfery . Wraz ze wzrostem globalnego termostatu wieczna zmarzlina, zamiast gromadzić węgiel, może stać się znaczącym źródłem emisji z powodu ogrzewania planety.

Wieczna zmarzlina już topnieje w niektórych miejscach, a jeśli problem się rozprzestrzeni, naukowcy obawiają się, że może zainicjować niekontrolowany proces globalnego ocieplenia.

Ocieplająca się Arktyka

Wieczna zmarzlina pokrywa około 24 procent odsłoniętej powierzchni lądu półkuli północnej – około 9 milionów mil kwadratowych. Występuje na dużych szerokościach i na dużych wysokościach, głównie na Syberii, na Wyżynie Tybetańskiej, na Alasce, w północnej Kanadzie, na Grenlandii, w części Skandynawii i Rosji. Szelfy kontynentalne poniżej Oceanu Arktycznego, które zostały odsłonięte podczas ostatniej epoki lodowcowej, również zawierają wieczną zmarzlinę.

Jednak regiony polarne i położone na dużych wysokościach należą do najbardziej wrażliwych na klimat miejsc na naszej planecie. Według National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Arktyka ociepla się dwa razy szybciej niż reszta planety, w tempie zmian temperatury, jakiego nie obserwowano od co najmniej ostatnich 2000 lat. W 2016 r. Średnie roczne temperatury powierzchni były o 3,5 stopnia Celsjusza wyższe niż na początku XX wieku. W tym roku temperatura wiecznej zmarzliny w Arktyce była najwyższa w historii.

Na Alasce temperatura wiecznej zmarzliny wzrosła o 2C w ciągu ostatnich kilku dekad. Niedawne badania wskazują, że wraz ze wzrostem temperatury o 1˚C, rozmrażanie może spowodować utratę 1,5 miliona mil kwadratowych wiecznej zmarzliny.

Kiedy wieczna zmarzlina topi się.

O. Roger Anderson, biolog z Obserwatorium Ziemi Lamont-Doherty Instytutu Ziemi, wyjaśnił, dlaczego wieczna zmarzlina uwalnia węgiel podczas topnienia.

„Aktywna warstwa” gleby na wierzchu wiecznej zmarzliny, która może mieć od dwóch do 13 stóp głębokości, topnieje każdego lata i może podtrzymywać życie roślin. Ta warstwa uwalnia węgiel z korzeni roślin, które wydychają CO2, oraz z mikroorganizmów w glebie. Niektóre mikroby rozkładają materię organiczną na CO2. Inne, zwane archeonami, wytwarzają metan zamiast tego w warunkach beztlenowych – kiedy gleba jest nasycona wodą lub nie ma dostępu do tlenu. Metan jest od 20 do 30 razy silniejszy od dwutlenku węgla w nasilaniu globalnego ocieplenia, ale pozostaje w atmosferze przez krótszy czas.

W miarę rozmarzania wiecznej zmarzliny warstwa czynna pogłębia się. Mikroby stają się aktywne, a korzenie roślin mogą wnikać głębiej, powodując wytwarzanie większej ilości CO2. Ilość wytwarzanego metanu zależy od nasycenia gleby.

Naukowcy nie znają względnych proporcji emisji dwutlenku węgla i metanu, które mogą wynikać z rozmrażania wiecznej zmarzliny na dużą skalę, powiedział Anderson, ponieważ tak się nigdy nie stało w historii ludzkości. Jednak badania górnej warstwy tundry (bezdrzewne równiny pokrywające wieczną zmarzlinę) sugerują, że średnia emisja dwutlenku węgla jest około 50 razy wyższa niż w przypadku metanu.

„Wiemy, że na każde 10 stopni Celsjusza, że gleba się ociepla, emisja CO2 podwoi się ”- powiedział Anderson.

W badaniu z 2017 roku oszacowano, że jeśli globalna temperatura wzrośnie o 1,5˚C powyżej poziomu z 1861 roku, topniejąca wieczna zmarzlina może uwolnić od 68 do 508 gigaton węgiel.Bez uwzględnienia działalności człowieka sam ten węgiel podwyższyłby globalne temperatury o 0,13 do 1,69˚C o 2300. Ponieważ być może już zablokowaliśmy ocieplenie o 1,5˚C powyżej poziomów sprzed epoki przemysłowej, taka ilość dodatkowego ocieplenia może spowodować katastrofalne skutki zmian klimatycznych.

Chociaż cieplejsza Arktyka mogłaby wspierać więcej roślin, a rośliny absorbują dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy, przewiduje się, że nowy wzrost zrównoważy tylko około 20 procent uwalniania węgla z wiecznej zmarzliny.

Co chroni wieczną zmarzlinę

Jedyną rzeczą, która chroni wieczną zmarzlinę przed skutkami zmian klimatycznych, jest torf, częściowo rozkładająca się roślinność, która gromadzi się w środowisku nasyconym wodą bez tlenu. Torf, występujący w większości niżej Arktyki, może pokrywać lub ogarniać całą aktywną warstwę lub zamarznąć jako wieczna zmarzlina.

Ben Gaglioti, naukowiec z tytułem doktora w Obserwatorium Ziemi Lamont-Doherty, zbadał zapisy osadów jeziornych na północnej Alasce, aby określić, ile węgla uwolniła wieczna zmarzlina w odpowiedzi na okresy ocieplenia na koniec ostatniej epoki lodowcowej. Okazuje się, że wieczna zmarzlina była znacznie bardziej wrażliwa – co oznacza, że uwalniała więcej węgla – podczas poprzednich ocieplenia, z stopniowo mniejszą reakcją w czasie. W ciągu ostatnich 150 lat ocieplenia odnotowano stosunkowo niewielką reakcję.

„Nasza hipoteza jest taka, że nagromadzenie materii organicznej lub torfu w zlewni nastąpiło z powodu stosunkowo ciepłego i stabilnego klimatu od czasów epoki lodowcowej” – powiedział Gaglioti. Ten torf, który zaczął się gromadzić około 13 000 lat temu, świetnie radzi sobie z izolacją podłoża przed odwilżaniem, więc uważamy, że buforuje wieczną zmarzlinę. ”

Modele Gaglioti pokazują, że wrażliwość leżącej poniżej wiecznej zmarzliny jest silnie uzależniony od grubości torfu. „Los leżącej pod spodem wiecznej zmarzliny w pewnym sensie zależy od stabilności warstwy torfu” – powiedział.

Nieodwracalny cykl?

Pożary mogą zerwać torf i sprawić, że wieczna zmarzlina bardziej wrażliwe na zmiany klimatu – i oczekuje się ich wzrostu w regionach tundry, powiedział Gaglioti. Cieplejsze i suchsze lata powodują, że roślinność jest bardziej palna. Wyższe temperatury powodują również więcej burz i uderzeń piorunów, które mogą wywołać pożary.

Pożary to nie tylko uwolnienie CO2 podczas spalania; potem poczerniała ziemia pochłania więcej promieniowania słonecznego i dalej się ogrzewa. A gdy ogień usunie torf i roślinność, która ocienia ziemię, krajobraz może stać się zbyt dobrze osuszony, aby zregenerować torf.

Wielu naukowców obawia się, że rozmrażanie wiecznej zmarzliny może być punktem krytycznym, który uruchamia nieodwracalny cykl: kiedy wieczna zmarzlina uwalnia węgiel w postaci CO2 o r metan, przyspieszy ocieplenie, co spowoduje wytrącenie większej ilości zmarzliny, i tak dalej. Ludzie nie będą mogli nic zrobić, aby to powstrzymać.

Regiony, w których wieczna zmarzlina jest zamarznięta przez cały rok, już przesuwają się na północ; a na niektórych obszarach tundra zamarza teraz później jesienią, dając drobnoustrojom więcej czasu na rozkład materii organicznej, a roślinom na oddychanie.

Wpływ rozmrażania wiecznej zmarzliny

Kiedy lód w przypadku topnienia wiecznej zmarzliny grunt staje się niestabilny i może osunąć się, powodując osunięcia się skał i osuwiska, powodzie i erozję wybrzeża.

W niektórych częściach Syberii ziemia zapadła się na głębokość 280 stóp. Wyboczona ziemia może uszkodzić budynki, drogi, linie energetyczne i inną infrastrukturę.

Może również zaszkodzić naturalnym ekosystemom. Jeziora Thermokarst – zagłębienia powstałe podczas rozmrażania, zapadły się i wypełnione roztopioną wieczną zmarzliną – są ważne dla dzikich zwierząt i dostarczają wodę lokalnym społecznościom. Ale jeśli leżąca u podłoża wieczna zmarzlina będzie nadal topnieć, jeziora i tereny podmokłe mogą całkowicie osuszyć się, niszcząc te biologicznie ważne zasoby.

Osady z osuwisk błotnistych strumieni i jezior wpływają na życie roślin u podstawy łańcucha pokarmowego. i potencjalnie wszystkie istoty, które na nim polegają. Zmiany w krajobrazie mogą zmienić wzorce rozrodu i migracji karibu. A gdy Arktyka się ociepla, bobry przemieszczają się na północ. Ich tamy zalewają nowe obszary, tworząc podmokłe odcinki, przez które więcej ciepłej wody umożliwia dalsze rozmrażanie wiecznej zmarzliny.

Rozmrażanie wiecznej zmarzliny może powodować nie tylko emisje dwutlenku węgla. W 2016 roku zmarł młody chłopiec, a dziesiątki trafiły do szpitala po zarażeniu się wąglikiem na Półwyspie Jamał na Syberii. Tusza renifera zakażona wąglikiem, która zamarzła 75 lat wcześniej, została odsłonięta, gdy rozmarzła wieczna zmarzlina.Zarodniki wąglika dostały się do gleby i wody, a ostatecznie do pożywienia, zakażając ludzi.

Ludzie i zwierzęta oraz ich choroby są zamrożone w wiecznej zmarzlinie od setek lat, ale bakterie i wirusy mogą przetrwać w wiecznej zmarzlinie przez setki tysięcy lat – naukowcy niedawno wskrzesili liczący 30000 lat wirus infekujący ameby. Choroby takie jak grypa hiszpańska, ospa czy dżuma, które zostały wytarte, mogą zamarznąć w wiecznej zmarzlinie. Gdy Arktyka się ociepla, większa aktywność, taka jak wydobywanie ziem rzadkich lub metali szlachetnych, może potencjalnie doprowadzić nas do ponownego kontaktu z nimi.

Budowanie na wiecznej zmarzlinie jest problematyczne, nie tylko z powodu niestabilności gruntu, ale także z powodu ciepło budynków i samych rur może ogrzewać wieczną zmarzlinę. Konstrukcje należy budować na palach drewnianych lub na grubych podkładkach żwirowych. Rury wodociągowe i kanalizacyjne należy układać nad ziemią. Niektóre drogi Betel i pasy startowe na lotniskach są wyposażone w wypełnione cieczą rury, które odprowadzają ciepło z dala od wiecznej zmarzliny, a szpital zainstalował maszyny, które utrzymują ziemię w stałym stanie chłodnym.

W Inuvik, mieście w północno-zachodniej Kanadzie, naukowcy eksperymentują z nowymi odmianami pali do stabilizacji budynków, ale nie znaleźli jeszcze idealnego rozwiązania. Mówią, że trudno jest wiedzieć, co będzie najlepsze, ponieważ nikt w Arktyce nigdy nie doświadczył tempa zmian wiecznej zmarzliny, które zachodzą dzisiaj.

Pozostaje wiele pytań

Chociaż najnowsze W raporcie Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu potwierdzono, że wieczna zmarzlina się ociepla, a jej modele klimatyczne nie uwzględniły tych emisji podczas sporządzania prognoz klimatycznych.

Dzieje się tak, ponieważ ostatecznie to, jak bardzo planeta ociepla się od topniejącej zmarzliny, będzie zależało od tego węgiel jest uwalniany, jak szybko i czy jest w postaci CO2 czy metanu. Aby jednak lepiej zrozumieć to zjawisko i móc tworzyć dokładniejsze prognozy klimatyczne, naukowcy muszą być w stanie lepiej ocenić podatność wiecznej zmarzliny na rozmrażanie i jej liczne konsekwencje dla Arktyki i planety.

„Badania naukowe są tak ważne w zrozumieniu” – powiedział Anderson – „Po prostu nie możemy przewidzieć na podstawie tego, co już wiemy, ponieważ nigdy wcześniej nie rozmarzaliśmy wiecznej zmarzliny w takim stopniu. Tylko dzięki dokładniejszym badaniom naukowym możemy odpowiedzieć na te pytania. ”