Het verlies van Arctische permafrostafzettingen door kusterosie zou de klimaatopwarming kunnen versterken via het broeikaseffect. Een studie met behulp van sedimentmonsters uit de Zee van Okhotsk aan de oostkust van Rusland onder leiding van AWI-onderzoekers onthulde dat het verlies van Arctische permafrost aan het einde van de laatste ijstijd leidde tot herhaalde plotselinge toenames van de kooldioxideconcentratie in de atmosfeer.

Vandaag, de exacte omvang van de toekomstige toename van de broeikasgasconcentraties blijft onbekend. Dit is gedeeltelijk te wijten aan het feit dat koolstofdioxide niet alleen wordt geproduceerd door mensen die gas verbranden, kolen en olie; het kan ook zijn weg vinden naar de atmosfeer als gevolg van natuurlijke omgevingsprocessen. De positieve terugkoppeling tussen opwarming en het vrijkomen van steeds grotere hoeveelheden koolstofdioxide uit natuurlijke bronnen vormt een bijzondere bedreiging. Om beter te kunnen beoordelen of en hoe, dergelijke ontwikkelingen zijn mogelijk, klimaatonderzoekers bestuderen gegevens uit het verleden om bewijs van deze gebeurtenissen te vinden.

Onderzoekers van het Alfred Wegener Institute Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) hebben samen met collega's uit Kopenhagen en Zürich nu bewijs gevonden van dit fenomeen voor de Arctische permafrostgebieden. Zoals de auteurs in het tijdschrift rapporteren Natuurcommunicatie , door hun onderzoeken langs de kust van de Zee van Ochotsk in het oosten van Rusland, ze konden aantonen dat enkele duizenden jaren geleden, Door de snelle stijging van de zeespiegel kwamen grote hoeveelheden kooldioxide vrij uit de Arctische permafrost. Permafrost is grond die het hele jaar door bevroren blijft tot een diepte van enkele honderden meters. Sommige gebieden zijn bevroren sinds de laatste ijstijd 20, 000 jaar geleden of zelfs langer. Als een gigantische vriezer, permafrostbodems bewaren enorme hoeveelheden dode biomassa, voornamelijk plantenresten. Als de permafrost ontdooit, bacteriën beginnen de oude biomassa af te breken, en hun metabolisme geeft de broeikasgassen koolstofdioxide en methaan vrij.

We weten nu dat ongeveer 11, 500, 14, 600 en 16, 500 jaar geleden, significante en plotselinge stijgingen van het kooldioxidegehalte in de atmosfeer hebben plaatsgevonden, maar de redenen voor deze drie snelle fluctuaties blijven slecht begrepen. Om de oorzaken te onderzoeken, een groep onderzoekers onder leiding van AWI-geologen Dr. Maria Winterfeld en Prof Dr. Gesine Mollenhauer vertrok naar de Zee van Okhotsk. "Oorspronkelijk, we gingen er toen vanuit dat de uitgestrekte rivier de Amoer voerde enorme hoeveelheden plantaardig materiaal uit het achterland, welke micro-organismen in het water vervolgens worden afgebroken tot koolstofdioxide. Dus verzamelden we sedimentmonsters van de zeebodem, die we vervolgens hebben geanalyseerd." De bevindingen waren verrassend:diep in het sediment, de onderzoekers vonden sporen van plantenresten die op de zeebodem waren afgezet. Deze waren enkele duizenden jaren ouder dan de omringende afzettingen, wat duidelijk maakte dat ze afkomstig moeten zijn van extreem oude permafrost die om de een of andere reden plotseling was ontdooid. Vooral grote hoeveelheden van deze plantenresten spoelden in zee 11, 500, 14, 600 en 16, 500 jaar geleden. Maar de afvoersnelheid van de Amoer was in die tijd niet significant hoger.

Gesine Mollenhauer en haar team vonden de oplossing voor deze puzzel toen ze keken naar de veranderingen in de zeespiegel sinds de laatste ijstijd. ongeveer 11, 500 en 14, 600 jaar geleden, bijzonder intens smelten van de ijskappen leidde tot wat bekend staat als smeltwaterpulsen - en elke keer de zeespiegel steeg binnen enkele eeuwen tot 20 meter. "We nemen aan dat dit resulteerde in ernstige erosie van de permafrostkust in de Zee van Okhotsk en de noordelijke Stille Oceaan - een fenomeen dat we vandaag in het noordpoolgebied kunnen waarnemen." Hierdoor kwamen grote hoeveelheden van enkele duizenden jaren oude plantenresten in de oceaan terecht. waarvan sommige door bacteriën werden afgebroken tot koolstofdioxide of in de oceaanbodem werden afgezet.

Om te bepalen of een dergelijke permafrost-erosie inderdaad een sleutelfactor kan zijn geweest in de toename van de wereldwijde kooldioxideconcentratie, AWI-collega Dr. Peter Köhler gebruikte een computermodel om de wereldwijde koolstofcyclus te simuleren. Door een schatting te maken van het gebied van permafrost dat op dat moment verloren ging aan de zee, hij verkreeg gegevens over de waarschijnlijke hoeveelheid vrijgekomen kooldioxide. De resultaten zijn eye-opening-11, 500 en 14, 600 jaar geleden, erosie van Arctische permafrost heeft waarschijnlijk bijgedragen aan ongeveer 50 procent van de toename van koolstofdioxide, en 16, 500 jaar geleden tot ongeveer een kwart.

Het AWI-team heeft daarmee een proces onthuld dat in de toekomst werkelijkheid zou kunnen worden. Vandaag, de permafrostkust van het noordpoolgebied erodeert ernstig omdat de regio snel opwarmt - op sommige plaatsen, de kust trekt zich terug met een snelheid van 20 meter per jaar. Gesine Mollenhauer zegt, "Onze bevindingen tonen aan dat deze kusterosie een belangrijk proces is, maar tot op heden er is onvoldoende rekening mee gehouden in klimaatmodellen. Dergelijke effecten moeten in toekomstige modellen worden meegenomen."