Varför tina permafrost är viktigt

Varför tina permafrost är angeläget

I Bethel, Alaska, splittras väggarna, husen kollapsar och huvudvägen ser ut som en lustig berg-och dalbana. I kuststaden Kongiganak förhindrar sjunkande kyrkogårdar alaskaner från att begrava sina döda i marken. Byn Shishmaref, som ligger på en ö fem mil från västra Alaska, har urholkat så mycket att den överväger total omlokalisering. Dessa samhällen plågas av permafrost som tinar.

Permafrost är mark som förblir fryst i två eller flera år i rad. Den består av sten, jord, sediment och olika mängder is som binder samman elementen. En del permafrost har frusits i tiotals eller hundratusentals år.

Permafrost kan hittas under ett jordlager och kan vara mellan 3 fot och 4900 fot tjock. Den lagrar de kolbaserade resterna av växter och djur som frös innan de kunde sönderdelas. Forskare uppskattar att världens permafrost rymmer 1 500 miljarder ton kol, nästan dubbelt så mycket kol som för närvarande finns i atmosfären. . När den globala termostaten stiger kan permafrost snarare än att lagra kol bli en betydande källa till planetvärmeutsläpp.

Permafrost tinar redan på vissa ställen, och om problemet sprider sig, oroar forskarna att det skulle kunna starta en skenande process för global uppvärmning.

Den uppvärmda arktiken

Permafrost täcker cirka 24 procent av den exponerade landmassan på norra halvklotet – cirka 9 miljoner kvadratkilometer. Det finns på höga breddgrader och höga höjder, främst i Sibirien, den tibetanska platån, Alaska, norra Kanada, Grönland, delar av Skandinavien och Ryssland. Kontinentalsocklarna under Arktiska havet, som exponerades under den senaste istiden, innehåller också permafrost.

Polära och höga höjdregioner är dock några av de mest klimatkänsliga platserna på planeten. Arktis värms dubbelt så snabbt som resten av planeten, med en temperaturförändring som inte har observerats under de senaste 2000 åren, enligt National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). År 2016 var den årliga genomsnittliga yttemperaturen 3,5 grader Celsius varmare än de var i början av 1900-talet. Det året var permafrosttemperaturerna i Arktis de varmaste någonsin.

I Alaska har permafrosttemperaturerna värmts så mycket som 2 asC under de senaste decennierna. En nyligen genomförd studie projekterar att med varje 1 ° C temperaturökning kan 1,5 miljoner kvadratkilometer permafrost gå förlorad genom upptining.

När permafrost tinar

O. Roger Anderson, biolog vid Earth Institutes Lamont-Doherty Earth Observatory, förklarade varför permafrost släpper ut kol när det tiner.

Det ”aktiva skiktet” av mark ovanpå permafrosten, som kan vara två till 13 fot djup, tinar varje sommar och kan bibehålla växtlivet. Detta lager frigör kol från rötterna från växter som andas ut koldioxid och från mikrober i jorden. Vissa mikrober bryter ner det organiska materialet till CO2. Andra, som kallas archaea, producerar istället metan när förhållandena är anaeroba – när jorden är mättad med vatten eller inget syre finns tillgängligt. Metan är 20 till 30 gånger mer potent än koldioxid för att förvärra den globala uppvärmningen, men det förblir i atmosfären under kortare tid.

När permafrost tiner fördjupas det aktiva skiktet. Mikroberna blir aktiva och växtrötter kan tränga längre ner, vilket resulterar i produktion av mer CO2. Mängden metan som genereras beror på hur mättad marken är.

Forskare vet inte de relativa proportionerna av koldioxid- och metanutsläpp som kan orsakas av störning av permafrost, säger Anderson, för detta har aldrig hänt i mänsklig historia. Forskning på det övre lagret av tundran (trädlösa slätter som ligger ovanför permafrosten) antyder dock att de genomsnittliga koldioxidutsläppen är cirka 50 gånger högre än metanens.

”Och vi vet att för var tionde grad Celsius att jorden värms upp, kommer utsläppet av koldioxid att fördubblas, ”säger Anderson.

En studie från 2017 uppskattade att om de globala temperaturerna stiger 1,5 ° C över 1861-nivåerna, kan upptining av permafrost frigöra 68 till 508 gigatons kol.Utan att ta hänsyn till mänsklig aktivitet skulle detta kol enbart öka de globala temperaturerna 0,13 till 1,69 ° C till 2300. Eftersom vi kanske redan har låst 1,5 ° C uppvärmning över preindustriella nivåer, kan denna mängd ytterligare uppvärmning resultera i katastrofala effekter av klimatförändringar.

Även om en varmare Arktis skulle kunna stödja fler växter och växter absorberar koldioxid genom fotosyntes, beräknas den nya tillväxten bara kompensera för cirka 20 procent av permafrostens koldioxidutsläpp.

Vad skyddar permafrost

En sak som skyddar permafrost från effekterna av klimatförändringarna är torv, den delvis förfallna vegetationen som ackumuleras i vattenmättade miljöer utan syre. Finns i mycket av det låga arktiska området, kan torv överlappa eller omfatta hela det aktiva skiktet eller frysas som permafrost.

Ben Gaglioti, postdoktor vid Lamont-Doherty Earth Observatory, studerade sjödepositioner i norra Alaska för att bestämma hur mycket kol permafrosten släppte ut som svar på uppvärmningsperioderna vid slutet på den sista istiden. Det visar sig att permafrosten var mycket känsligare – vilket innebär att den släppte ut mer kol – under tidigare uppvärmningshändelser, med gradvis mindre respons över tiden. Under de senaste 150 åren av uppvärmning har det varit relativt lite svar.

”Vår hypotes är att uppbyggnaden av organiskt material eller torv i vattendraget har inträffat på grund av ett relativt varmt och stabilt klimat sedan istiden,” sade Gaglioti. ” Torven, som började ackumuleras för cirka 13 000 år sedan, gör ett bra jobb med att isolera den underliggande marken från upptining, så vi tror att den buffrar permafrosten. ”

Gagliotis modeller visar att känsligheten hos den underliggande permafrosten är mycket beroende av torvens tjocklek. ”Ödet för den underliggande permafrosten vilar på vissa sätt på torvlagrets stabilitet,” sade han.

En irreversibel cykel?

Skogsbränder kan dra tillbaka torven och göra permafrost. känsligare för klimatförändringar – och de förväntas öka i tundraområdena, sa Gaglioti. Varmare och torrare somrar gör vegetationen mer brännbar. Varmare temperaturer medför också fler åskväder och blixtnedslag som kan utlösa skogsbränder.

Bränder släpper inte bara CO2 när de brinner; därefter absorberar den svarta marken mer solstrålning och värms upp ytterligare. Och när eld tar bort torven och vegetationen som skuggar marken kan landskapet bli för dränerat för att regenerera torven.

Många forskare är oroliga för att upptining av permafrost kan vara en tipppunkt som utlöser en oåterkallelig cykel: När permafrost släpper ut sitt kol som CO2 r metan kommer det att påskynda uppvärmningen, som sedan kommer att fälla ut mer permafrost-tining, och så vidare. Det kommer inte att finnas något som människor kan göra för att stoppa det.

De regioner där permafrost är frusen året runt skiftar redan norrut; och i vissa områden fryser nu tundran senare på hösten, vilket ger mer tid för mikrober att sönderdela organiskt material och för att växter ska kunna andas.

Effekter av upptining av permafrost

När isen i permafrost smälter blir marken instabil och kan sjunka, vilket orsakar sten och jordskred, översvämningar och erosion vid kusten.

Marken har kollapsat 280 fot djupt i vissa delar av Sibirien. Den knäckande jorden kan skada byggnader, vägar, kraftledningar och annan infrastruktur.

Det kan också skada naturliga ekosystem. Thermokarst-sjöar – fördjupningar som bildas när tinning av permafrost kollapsar och fylls med smältvatten – är viktiga för vilda djur och ger vatten till lokala samhällen. Men om den underliggande permafrosten fortsätter att tina, kan sjöar och våtmarker rinna ut helt och förstöra dessa biologiskt viktiga resurser.

Eftersom sediment från jordskred leriga strömmar och sjöar påverkar de växtliv vid basen av livsmedelskedjan och potentiellt alla varelser som är beroende av det. Förändringar i landskapet kan förändra avel och migrationsmönster. Och när Arktis värms upp, rör sig bäver norrut. Deras dammar översvämmer nya områden och skapar dimmiga sträckor som gör att mer varmt vatten kan tina permafrost ytterligare.

Tina permafrost kan frigöra mer än koldioxidutsläpp. År 2016 dog en ung pojke och dussintals blev på sjukhus efter att ha fått mjältbrand på Yamalhalvön i Sibirien. En mjältbrandsinfekterad renkropp som frös 75 år tidigare blev exponerad när permafrosten tinade.Mjältbrandsporer kom in i jorden och vattnet och så småningom matförsörjningen och smittade människorna.

Människor och djur och deras sjukdomar har frusits i permafrosten i hundratals år, men bakterier och virus kan överleva i permafrost i hundratusentals år – forskare återupplivade nyligen ett 30 000 år gammalt virus som infekterar amöber. Sjukdomar som spansk influensa, koppar eller pesten som har utplånats kan frysas i permafrosten. När Arktis värms upp kan mer aktivitet, som brytning av sällsynta jordartsmetaller eller ädelmetaller, sätta oss i kontakt med dem igen.

Att bygga på permafrost är problematiskt, inte bara för att marken är instabil utan också för att värmen från själva byggnader och rör kan värma permafrost. Strukturerna måste byggas på trähögar eller baseras på tjocka grusplattor. Vatten- och avloppsrör måste placeras ovanför marken. Vissa betelvägar och flygplatsbanor är utrustade med vätskefyllda rör som överför värme från permafrosten, och sjukhuset har installerat maskiner som håller marken ständigt kyld.

I Inuvik, en stad i nordvästra Kanada, forskare experimenterar med nya sorter av pilings för att stabilisera byggnader, men de har ännu inte hittat en perfekt lösning. De säger att det är svårt att veta vad som fungerar bäst eftersom ingen i Arktis någonsin har upplevt den hastighet av permafrostförändring som sker idag.

Många frågor kvarstår

Medan den senaste Mellanstatliga panelen om klimatförändringens rapport erkände att permafrost värms upp, dess klimatmodeller tog inte hänsyn till dessa utsläpp när de gjorde klimatprognoser.

Det beror i slutändan på hur mycket planeten värmer från att tina permafrost beror på hur mycket kol frigörs, hur snabbt och om det är i form av CO2 eller metan. Men för att få en bättre förståelse för detta fenomen och för att kunna göra mer exakta klimatprognoser måste forskare kunna bedöma sårbarheten hos permafrost för upptining och dess många konsekvenser för Arktis och planeten.

”Vetenskaplig forskning är så viktig för att förstå,” sade Anderson. ”Vi kan bara inte förutsäga från vad som redan är känt, för vi har aldrig haft permafrost upptining tidigare i denna utsträckning. Det är bara genom mer noggrann vetenskaplig forskning som vi kan svara på dessa frågor. ”