Abrupt ontdooien van permafrost zal eerdere schattingen van potentiële koolstofemissies door permafrostdooi in het noordpoolgebied verdubbelen, en verandert het landschap en de ecologie van het circumpolaire noorden al snel, een nieuwe door CU Boulder geleide studie vindt.

permafrost, een voortdurend bevroren laag onder de seizoensgebonden ontdooide oppervlaktelaag van de grond, treft 18 miljoen vierkante kilometer op hoge breedtegraden of een kwart van al het blootgestelde land op het noordelijk halfrond. Huidige schattingen voorspellen dat permafrost er naar schatting 1 bevat. 500 petagram koolstof, wat overeenkomt met 1,5 biljoen ton koolstof.

De nieuwe studie maakt onderscheid tussen geleidelijke permafrost-dooi, die permafrost en zijn koolstofvoorraden langzaam aantast, versus meer abrupte soorten permafrostdooi. Ongeveer 20% van het noordpoolgebied heeft omstandigheden die bevorderlijk zijn voor abrupte dooi vanwege de ijsrijke permafrostlaag. Permafrost die abrupt ontdooit is een grote uitstoter van koolstof, inclusief het vrijkomen van koolstofdioxide en methaan, dat krachtiger is als broeikasgas dan koolstofdioxide. Dat betekent dat, hoewel op elk moment minder dan 5% van het Arctische permafrostgebied waarschijnlijk abrupt ontdooit, hun uitstoot zal gelijk zijn aan die van gebieden met een geleidelijke dooi.

Dit abrupte ontdooien is "snel en dramatisch, landschappen op ongekende manieren beïnvloeden, " zei Merritt Turetsky, directeur van het Institute of Arctic and Alpine Research (INSTAAR) aan CU Boulder en hoofdauteur van de studie die vandaag is gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen . "Bossen kunnen in de loop van een maand meren worden, aardverschuivingen gebeuren zonder waarschuwing, en onzichtbare methaansijpelingsgaten kunnen sneeuwscooters heel opslokken."

Abrupt ontdooien van permafrost kan op verschillende manieren plaatsvinden, maar het vertegenwoordigt altijd een dramatische abrupte ecologische verschuiving, Turetsky toegevoegd.

"Systemen waar je op kon lopen met gewone wandelschoenen en die droog genoeg waren om de boomgroei te ondersteunen als ze bevroren waren, kunnen ontdooien, en nu veranderen deze ecosystemen ineens in een soepachtige puinhoop, ' zei Turetsky.

Waarom permafrost ontdooien belangrijk is

Permafrost bevat rotsen, bodem, zand, en in sommige gevallen, zakken puur gemalen ijs. Het slaat gemiddeld twee keer zoveel koolstof op als in de atmosfeer, omdat het de overblijfselen van het leven opslaat dat ooit in het noordpoolgebied bloeide, inclusief dode planten, dier en microben. Deze kwestie, die nooit volledig uiteenviel, is al duizenden jaren opgesloten in de koelkast van de aarde.

Naarmate het klimaat warmer wordt, permafrost kan niet bevroren blijven. In 80 procent van het noordpoolgebied van de poolpool, een opwarmend klimaat zal waarschijnlijk leiden tot een geleidelijke dooi van de permafrost die zich over decennia tot eeuwen manifesteert.

Maar in de overige delen van het noordpoolgebied, waar het grondijsgehalte hoog is, abrupte dooi kan plaatsvinden in een kwestie van maanden - wat leidt tot extreme gevolgen voor het landschap en de atmosfeer, vooral waar er ijsrijke permafrost is. Dit snelle proces wordt "thermokarst" genoemd omdat een thermische verandering bodemdaling veroorzaakt. Dit leidt tot een karstlandschap, bekend om zijn erosie en sinkholes.

Turetsky zei dat dit het eerste artikel is dat de brede hoeveelheid literatuur over vroegere en huidige abrupte dooi in verschillende soorten landschappen samenbrengt.

De auteurs gebruikten deze informatie vervolgens samen met een numeriek model om toekomstige abrupte dooi-koolstofverliezen te projecteren. Ze ontdekten dat thermokarst altijd gepaard gaat met overstromingen, overstroming, of aardverschuivingen. Intense regenval en de open, zwarte landschappen die het gevolg zijn van bosbranden kunnen dit dramatische proces versnellen.

De onderzoekers vergeleken abrupte permafrost-dooi-koolstofafgifte met die van geleidelijke permafrost-dooi, proberen een "bekende onbekende" te kwantificeren. Er zijn algemene schattingen dat geleidelijke dooi bijdraagt ​​aan de CO2-uitstoot, maar ze hadden geen idee hoeveel daarvan door thermokarst zou worden veroorzaakt.

Ze wilden ook weten hoe belangrijk deze informatie zou zijn om op te nemen in wereldwijde klimaatmodellen. Momenteel, er zijn geen klimaatmodellen waarin thermokarst is verwerkt, en slechts een handvol die permafrost overwegen te ontdooien. Terwijl grootschalige modellen in het afgelopen decennium hebben geprobeerd om beter rekening te houden met feedbackloops in het noordpoolgebied, het meest recente rapport van het Intergouvernementeel Panel voor Klimaatverandering (IPCC) bevat alleen schattingen van geleidelijke permafrostdooi als een onopgeloste feedback van het aardsysteem.

"De effecten van abrupte dooi zijn niet weergegeven in enig bestaand wereldwijd model en onze bevindingen geven aan dat dit de permafrost klimaat-koolstoffeedback met maximaal een factor twee zou kunnen versterken, waardoor het probleem van toelaatbare emissies om onder de specifieke doelstellingen voor klimaatverandering te blijven, wordt verergerd, " zei David Lawrence, van het National Center for Atmospheric Research (NCAR) en een co-auteur van de studie.

De bevindingen brengen nieuwe urgentie tot het opnemen van permafrost in alle soorten klimaatmodellen, samen met het implementeren van een sterk klimaatbeleid en mitigatie, Turetsky toegevoegd.

"We kunnen de ergste gevolgen van klimaatverandering zeker afwenden als we in het komende decennium actie ondernemen, "zei Turetsky. "We hebben duidelijk bewijs dat het beleid het noorden gaat helpen en dus ons toekomstige klimaat gaat dicteren."