Naarmate de temperatuur stijgt in het noordpoolgebied, permafrost, of bevroren grond, is aan het ontdooien. Zoals het doet, broeikasgassen die erin vastzitten, komen in de atmosfeer terecht in de vorm van koolstofdioxide en methaan, wat leidt tot eerder onderschatte problemen met oceaanverzuring en mogelijke kwikvergiftiging.

Ongeveer een kwart van de regio is bedekt met permafrost, dat is grond, sediment of gesteente dat gedurende ten minste twee jaar is bevroren. Met zijn terugtocht, de koolstof die vrijkomt, kan aanzienlijk bijdragen aan de opwarming van de aarde.

"We noemen het de slapende reus van de wereldwijde koolstofcyclus, " zei professor Örjan Gustafsson, een milieuwetenschapper aan de Universiteit van Stockholm in Zweden. "Het wordt niet echt verantwoord in klimaatmodellen."

Prof. Gustafsson en zijn collega's proberen precies te bepalen waaruit permafrost bestaat, hoe snel het opwarmt en wat er gebeurt als het ontdooit. Om dit te doen, ze boren in drie soorten permafrost rond de Oost-Siberische Zee als onderdeel van een project genaamd CC-Top.

Naast het meest voorkomende type in de bodem op het land, ze zullen ook kijken naar permafrost met een hoog koolstofgehalte die ongeveer 50, 000 jaar geleden genaamd Yedoma, en een ander type gevonden onder de zeebodem van ondiepe kustgebieden die onder water kwamen te staan ​​toen de zeespiegel ongeveer 11 steeg, 650 jaar geleden. '(Deze) onderzeese permafrost is de meest kwetsbare van de drie, dus dat is de belangrijkste focus van het project, " zei prof. Gustafsson.

De onderzoekers hebben de temperaturen van permafrost op land en onder water vergeleken. Ongeveer 10, 000 jaar geleden, de temperatuur van beide soorten permafrost was ongeveer -18˚C. Ze ontdekten dat de permafrost op de grond nu is opgewarmd tot ongeveer -10˚C, maar onder de zee heeft het 0˚C bereikt. "Dat was verrassend, "Zei Prof. Gustafsson. "Ik had geen idee dat de onderzeese permafrost zo snel ontdooide."

oceaanverzuring

Ze hebben ook onderzocht wat er gebeurt als ontdooide permafrost van land de zee bereikt. Een deel van de vrijgekomen koolstof reageert met water om koolzuur te vormen - hetzelfde gas dat aanwezig is in koolzuurhoudend water. Hoewel het een zwak zuur is, Prof. Gustafsson en zijn collega's ontdekten dat het aanzienlijk bijdraagt ​​aan de verzuring van de Noordelijke IJszee. Dit tast de mariene biodiversiteit aan. zuur water, bijvoorbeeld, lost de carbonaatskeletten van organismen zoals plankton op.

De bevindingen van het team wijzen op veel hogere niveaus van verzuring van de oceaan dan voorspeld door het Intergouvernementeel Panel voor Klimaatverandering (IPCC) in hun rapport gepubliceerd in 2014, waarin grotendeels rekening werd gehouden met het effect van antropogene koolstofemissies.

"Verzuring kan 100 keer ernstiger zijn, "Zei Prof. Gustafsson. "Oceaanverzuring door permafrostkoolstof van land is een nieuw mechanisme waar we niet veel over hadden nagedacht, en we dachten niet dat het zo sterk was."

Volgende, het team is van plan om het methaan te onderzoeken dat ontsnapt uit onderzeese permafrost. In veel delen van het noordpoolgebied, de concentratie van het gas in zeewater is hoog, maar de onderzoekers weten niet precies waar het vandaan komt. Het kan het gevolg zijn van ontdooide permafrostgrond of methaanhydraten - vast methaan dat onder water is begraven. Of het kan afkomstig zijn van aardgas dat veel dieper ligt, dat het oppervlak bereikt door scheuren in permafrost terwijl het smelt.

"We moeten dat echt begrijpen om te voorspellen hoe de methaanuitstoot zich de komende decennia of eeuwen zal ontwikkelen, " zei prof. Gustafsson.

Permafrost-dooi is al een groeiende zorg voor degenen die in de regio wonen en de effecten ervan ervaren. In kustgebieden, waar het bijzonder vatbaar is voor ontdooien, gebouwen die op permafrost zijn gebouwd, bezwijken of raken beschadigd door dooi terwijl wegen barsten. Het ontsnappen van koolstof en organisch materiaal zal waarschijnlijk ook een impact hebben op de dieren in het wild waarvan gemeenschappen afhankelijk zijn voor voedsel.

Dr. Hugues Lantuit, een onderzoeker aan het Alfred-Wegener Instituut in Potsdam, Duitsland, en zijn collega's zijn geïnteresseerd in wat er gebeurt met koolstof en andere stoffen die uit permafrost in deze kustgebieden sijpelen als onderdeel van een project genaamd Nunataryuk. Zij gaan veldwerk verrichten in Rusland, Spitsbergen, Groenland, Canada en Alaska.

Het project betrekt lokale gemeenschappen bij hun werk. In Aklavík, een gehucht aan de kust van Yukon in Canada, bijvoorbeeld, het team raadpleegt Inuit-gemeenschappen om relevante sites voor hun onderzoek vast te stellen, zoals gebieden waar veel vis is of waar erosie optreedt.

Door middel van bijeenkomsten, de onderzoekers krijgen inzicht in lokale vraagstukken die in hun onderzoek aan de orde zouden kunnen komen. Op Spitsbergen, bijvoorbeeld, waar de kustlijn rotsachtig is, permafrost-dooi heeft vooral gevolgen voor de infrastructuur op het land, terwijl kusterosie meer een punt van zorg is in Rusland en Noord-Amerika. Tegelijkertijd, de lokale bevolking kan wetenschappelijke technieken leren van onderzoekers. "Het is echt een leerervaring aan beide kanten, ' zei dokter Lantuit.

levensonderhoud

Sommige gemeenschappen maken zich zorgen over het effect van klimaatverandering op dieren in het wild, waarvan ze voor hun levensonderhoud afhankelijk zijn. Een van de doelen van het project is daarom het vrijkomen van organisch materiaal door ontdooiende permafrost in de Noordelijke IJszee te onderzoeken. "Dit heeft een directe impact op de vispopulatie, maar we begrijpen niet precies hoe, ' zei dokter Lantuit.

Het team probeert erachter te komen of ontdooide permafrost de zee troebel maakt door sediment in het water vrij te geven. waardoor er minder licht doordringt. Dit kan resulteren in minder vissen, omdat de algen en planten waarvan ze afhankelijk zijn voor voedsel, geen fotosynthese kunnen maken in donker water. Alternatief, het kan een positief effect hebben. "Meer koolstof kan ook meer voedingsstoffen betekenen, zo groot feest voor micro-organismen, fytoplankton en mogelijk vissen, " zei dr. Lantuit.

Het ontdooien van permafrost is ook een gezondheidsrisico, omdat er naar verwachting verontreinigingen en ziekteverwekkers vrijkomen. In een eerder dit jaar gepubliceerde studie leden van het team ontdekten dat permafrost meer kwik bevat dan enige andere bron op de planeet, terwijl eerder werd gedacht dat het een onbeduidende hoeveelheid bevatte. Aangezien kwik een gif is, het kan ernstige gevolgen voor de gezondheid hebben, variërend van een verminderd geheugen tot problemen met het gezichtsvermogen als het eruit komt. "Nu proberen we de uitstoot van kwik te kwantificeren en te zien welke regio's vatbaar zijn, " zei dr. Lantuit.

Eventueel, het team hoopt met oplossingen te komen om de effecten van ontdooiende permafrost te beheersen. Ze ontwikkelen modellen die zouden moeten helpen. Bij een project is ze kijken naar wat er zou gebeuren als permafrost de bron zou zijn van een uitbraak van miltvuur - een bacterie die de huid kan infecteren, longen en darmen. Ze creëren ook modellen om schade aan infrastructuur te voorspellen.

Verbeteringen zijn al aan de gang. Nunataryuk-onderzoekers hebben gewerkt aan de ontwikkeling van gebouwen die beter bestand zijn tegen ontdooiende permafrost door gemeenschappen in Noord-Amerika en Rusland strategieën te laten uitwisselen. In Noord-Amerika, bijvoorbeeld, er was een tendens om lichtgewicht constructies te bouwen met hout of metaal, terwijl gebouwen in Rusland van beton worden gemaakt.

"Er is een beweging in de richting van het gebruik van een deel van de kennis aan beide kanten om nieuwe en betere infrastructuur te creëren, " zei Dr. Lantuit. "We hebben nu 40 tot 50 jaar opwarming in sommige gebieden, dus we kunnen echt zien wat werkt en wat niet."