Grondwater dat door de ondergrond circuleert als gevolg van smeltende permafrost, kan koolstofdioxide en methaan naar Arctische meren transporteren en op zijn beurt in de atmosfeer terechtkomen. Dit proces van het transporteren van broeikasgassen vergroot de effecten van klimaatverandering en wordt nu voor het eerst gekwantificeerd door onderzoekers van de universiteiten in Umeå, Barcelona en Linköping. De studie is gepubliceerd in Nature Communications .

Permafrost is de grond die het hele jaar door bevroren blijft in verschillende delen van de planeet, zoals de Noordpool en Antarctica, maar ook in hoge bergen en hoogvlaktes. De huidige studie richt zich op Arctische meren in de sporadische permafrostregio van Noord-Zweden. In dit gebied - een typisch toendra-ecosysteem - is tussen 10 en 50% van de bodem permanent bevroren. De bovenste laag van de bodem boven de permafrost, de actieve laag, bevriest en ontdooit jaarlijks.

In deze regio is de gemiddelde jaartemperatuur de afgelopen jaren flink gestegen en ligt nu boven de 0 graden Celsius. Dit zorgt ervoor dat de permafrost - met zijn overvloedige organische stof rijk aan koolstof en broeikasgassen - ontdooit. Door de circulatie van het grondwater fungeert de permafrost als een bron die de hydrologisch verbonden meren in de regio van broeikasgassen voorziet. De gassen worden uiteindelijk uit de meren in de atmosfeer uitgestoten.

Tot op heden is er weinig tot in detail bekend over het belang van grondwater voor de uitstoot van broeikasgassen door Arctische meren. Om vragen over dit proces te beantwoorden, gebruikte het Spaans-Zweedse onderzoeksteam in het huidige onderzoek radon - een gas dat overvloedig aanwezig is in ondergrondse stromingen - als een tracer van grondwaterafvoer in de meren.

Veel technische problemen

De kwantificering van radon in oppervlaktewater en grondwater om het transport van broeikasgassen van de ontdooiende permafrost naar de meren te schatten, had echter zowel technische als operationele problemen.

"Radon is een radioactief gas, het desintegreert zeer snel, en daarom moesten we meetapparatuur installeren op het wetenschappelijke station van Abisko om de monsters te meten op dezelfde dag dat ze werden verzameld", zegt Carolina Olid, docent aan de Universiteit van Barcelona en voormalig Universitair docent aan de Universiteit van Umeå.

"De concentraties van radon en methaan in het water van de ondergrond zijn zeer variabel, wat betekent dat het nodig was om met een groot aantal en volume monsters te werken om hun grootte met goede precisie te kunnen bepalen", zegt Valentí Rodellas, postdoc onderzoeker aan de Autonome Universiteit van Barcelona. "Bovendien hebben de bodems in deze rijke, dichte regio's een groot vermogen om water vast te houden, waardoor het nog moeilijker werd om voldoende water te verkrijgen om de analyses uit te voeren."

Meer uitstoot in de zomer

Uit het onderzoek bleek dat de instroom van methaangas via het grondwater in de meren in de zomer intenser is dan in de herfst door de grotere overvloed aan water dat in de ondergrond circuleert (smelten, regen, enz.). De hogere temperaturen in de zomer bevorderen ook de productie van methaan in de ondergrond en verrijken daarmee het gasgehalte van het grondwater dat naar de meren gaat.

"Klimaatverandering en het versnelde smelten van de permafrost zullen de hoeveelheid broeikasgassen die via het grondwater naar de meren kan worden getransporteerd, doen toenemen. De toename van de neerslag - tot 40% in het noordpoolgebied in de komende tien jaar - zal ook de stroom van het grondwater vergroten en, daarom de lozing van methaan in de meren", zegt Carolina Olid.

Een grotere uitstoot van broeikasgassen in de atmosfeer is niet het enige effect dat wordt veroorzaakt door het smelten van permafrost.

"Permafrostwater bevat niet alleen hoge concentraties van gassen zoals koolstofdioxide of methaan, maar ook van andere verbindingen zoals nutriënten, kwik en andere verontreinigende stoffen. De aanwezigheid van deze verbindingen in de meren kan schadelijke gevolgen hebben voor de natuurlijke omgeving en de organismen die zowel in ecosystemen van meren als in terrestrische systemen leven", zegt Gerard Rocher-Ros, postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Umeå.

"Dit zijn effecten met implicaties voor de gehele aquatische trofische keten van zowel het meer zelf als het netwerk van onderling verbonden rivieren en beken, die een impact hebben op de ecosysteemdiensten die door natuurlijke hulpbronnen aan de samenleving worden geleverd", voegt Carolina Olid toe.

Verbeterde voorspelling van klimaatverandering

Het is nog steeds moeilijk om die gebieden van de planeet te bepalen waar het proces van het smelten van de permafrost meer uitgesproken of sneller zal zijn. In sommige gebieden zullen meren opdrogen omdat het water zal wegstromen door de afvoeren of nieuwe kanalen die door het smelten zijn gevormd. In andere gevallen zullen de meren hun marges vergroten naarmate het smelten vordert - een proces dat bekend staat als thermokarst - en zullen nieuwe meren ontstaan ​​in reliëfdepressies.

In dit scenario van klimaatonzekerheid zal de introductie van grondwaterafvoer in klimaatmodellen de voorspellingen van toekomstige methaanemissies van meren verbeteren.

"Dit zal ons in staat stellen om de echte rol van meren in de koolstofcyclus te beoordelen en of ze echt functioneren als bronnen of mogelijke reservoirs van broeikasgassen. Deze informatie is een sleutel tot het kunnen ontwikkelen van een passend instandhoudingsbeleid om de klimaatverandering te verminderen", zegt Carolina Olid. + Verder verkennen

De nieuwste meren van Alaska boeren methaan