Het noordpoolgebied beslaat ongeveer 20% van de planeet. Maar bijna alles wat hydrologen weten over de koolstofrijke bodems die de permafrost bedekken, is afkomstig van zeer weinig metingen die op slechts een paar meter van de Dalton Highway in Alaska zijn gedaan.

De kleine steekproefomvang is een probleem, in het bijzonder voor wetenschappers die de rol van Arctische hydrologie op klimaatverandering bestuderen. Permafrostbodems bevatten enorme hoeveelheden koolstof, die in broeikasgassen kunnen veranderen. Maar het gebrek aan gegevens maakt het moeilijk om te voorspellen wat er met water en koolstof zal gebeuren als de permafrost smelt als gevolg van opwarmingstemperaturen.

Nieuw onderzoek onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Texas in Austin kan dat probleem helpen oplossen.

De wetenschappers brachten de afgelopen vier zomers door met het meten van permafrostbodems over een 5, 000 vierkante mijl strook van Alaska's North Slope, een gebied ongeveer zo groot als Connecticut. Terwijl we werken aan het opbouwen van een broodnodige bodemdataset, hun metingen onthulden een belangrijk patroon:de hydrologische eigenschappen van verschillende permafrostbodemtypes zijn zeer consistent, en kan worden voorspeld op basis van het omringende landschap.

"Er is een enorm stuk land dat bij uitstek voorspelbaar is, " zei Michael O'Connor, die het onderzoek leidde terwijl hij promoveerde aan de UT Jackson School of Geosciences. "Ons artikel laat zien dat over een enorm studiegebied, deze zeer eenvoudige patronen in deze eigenschappen gelden."

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven . Co-auteurs zijn onder meer onderzoekers van de Jackson School, UT's Cockrell School of Engineering, Utah State University en de Universiteit van Michigan.

De onderzoekers onderzochten bijna 300 bodemmonsters van verschillende soorten terrein. Ze ontdekten dat grondsoorten en hun dikte nauw verbonden zijn met het landschap, waarbij de onderzoekers de landschappen in vijf categorieën indeelden op basis van de dominante vegetatie en of de omgeving zich op een heuvelhelling of in de buurt van de bodem van een riviervallei bevond.

Ze ontdekten ook dat elk van de drie bodemtypes verschillende eigenschappen had die van invloed waren op hoe gemakkelijk de bodem warmte en water kon overbrengen - die bepalen hoe koolstofdioxide en methaan, een ander krachtig broeikasgas, zijn uitgebracht.

De bevindingen zullen wetenschappers in staat stellen om naar het landschap te kijken om te begrijpen hoe koolstof en broeikasgassen zich door de bodem eronder verplaatsen.

Hoewel de studie geen voorspellingen doet over het vrijkomen van koolstof, co-auteur Bayani Cardenas, een professor in de afdeling Geologische Wetenschappen van de Jackson School, zei dat het een onderzoekskader biedt.

"Onze data vullen een kennislacune die al 30 jaar bestaat, Cardenas zei. "De gemeenschap die permafrost en klimaatverandering bestudeert, zal de inherente waarde ervan waarderen."

Permafrost houdt ongeveer net zoveel koolstof vast als wat er al in de atmosfeer zit. Echter, tot deze studie, klimaatmodelleurs misten directe permafrost bodeminformatie, met het onderzoeksverslag beperkt tot ongeveer een dozijn monsters genomen langs de Dalton Highway en technische rapporten die permafrost bestudeerden voor de aanleg van wegen en pijpleidingen.

Het verbeteren van de beschikbare gegevens voor klimaatwetenschappers was de belangrijkste motivatie achter de campagne voor het verzamelen van permafrost. zei O'Connor. De noordhelling van Alaska is bijna pure wildernis. Het onderzoeksteam vertrouwde op een helikopter om zich te verplaatsen en een 18-inch broodmes om blokken aarde van de aarde te snijden.

"We waren op sommige plaatsen waar waarschijnlijk nog geen mens een voet had gezet." aldus Cardenas.

Het vinden van een patroon tussen het landschap en de permafrostbodempatronen kwam niet als een verrassing. Plantenecologen die in de regio werkten, hadden het anekdotisch genoemd. Maar de nieuw gepubliceerde gegevens zijn iets waar de hele onderzoeksgemeenschap uit kan putten.

Cathy Wilson, een hydroloog en klimaatmodelleur bij Los Alamos National Laboratory die ook permafrost-onderzoek doet in Alaska, zei dat de studie een grote stap is voor klimaatmodellen, en dat ze ernaar uitkijkt om studietechnieken in haar eigen werk toe te passen.

"Dit stelt ons in staat om deze waardevolle informatie over bodemeigenschappen echt op te schalen naar ten minste de noordhelling, de uitlopers van bergketens, en verder, " ze zei.