Wieczna zmarzlina gwałtownie topnieje. Emituje ponad 5 razy więcej CO2 niż sąsiednie tereny

Dzięki złożonym badaniom terenowo-laboratoryjnom naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk dostarczyli nowych spostrzeżeń na temat oddziaływania węgla zmagazynowanego w wiecznej zmarzlinie na klimat w kontekście przyszłego ocieplenia klimatu.

Rosnące w ostatnich latach temperatury doprowadziły do szybkiego topnienia wiecznej zmarzliny w regionach położonych na dużych szerokościach geograficznych oraz na dużych wysokościach. Taka nagła odwilż, zwana termokrasem, występuje w ok. 20 proc. północnego regionu wiecznej zmarzliny, czyli w regionie, w którym zmagazynowana jest blisko połowa całego podziemnego węgla organicznego. Ponieważ szybkie tajanie może zmieniać morfologię powierzchni lądu oraz modyfikować właściwości biotyczne i abiotyczne gleby, może też znacząco wpłynąć na obieg węgla w ekosystemie.

Oczywiście ciągłemu ocieplaniu ulegają zarówno obszary dotknięte termokrasem, jak i te bez niego. Jednak, jak dotąd, nikt nie analizował tego, czy wpływ zmian klimatycznych na przepływ CO₂ w glebie może różnić się w przypadku obu tych form terenu.

Aby wypełnić lukę w wiedzy, grupa badawcza kierowana przez prof. Yang Yuanhe przeprowadziła serię eksperymentów, które wykazały, że wywołany ociepleniem wzrost uwalniania CO₂ z gleby był około 5,5 razy większy w obszarach termokrasowych niż w sąsiednich, nietermokrasowych formach terenu.

Następnie naukowcy przeanalizowali ponad 30 potencjalnych czynników, które mogą odpowiadać za tę różnicę, i odkryli, że silniejsza reakcja na ocieplenie wynikała głównie z niższej jakości podłoża glebowego oraz większej liczebności drobnoustrojów związanych z rozkładem węgla organicznego w glebach dotkniętych termokrasem.

Co więcej, inkubując w laboratorium gleby z kilku dodatkowych miejsc objętych tajaniem zmarzliny, wykazali, że termokras bardzo znacząco zwiększa wrażliwość temperaturową uwalniania CO₂. Dostarcza to dodatkowych dowodów na silniejszą reakcję gleby na ocieplenie w krajobrazach termokrasowych.

Ogólnie autorzy publikacji wyliczyli, że wpływ globalnego ocieplenia na wszystkie wyżynne regiony termokrasowe na półkuli północnej może doprowadzić do zwiększenia uwalniania węgla z gleby nawet o dodatkowe 0,4 petagramy (Pg) rocznie. Jak wyjaśniają, odpowiada to ok. jednej czwartej przewidywanych strat węgla z wiecznej zmarzliny do końca XXI wieku.

Jednym słowem: topnienie wiecznej zmarzliny może się przyczynić do znacznie większej emisji węgla do atmosfery niż sądzono, co może potencjalnie jeszcze bardziej przyspieszyć zmiany klimatyczne.

Wieczna zmarzlina pokrywa około jedną czwartą powierzchni lądu półkuli północnej, w tym połowę Kanady i 80 proc. Alaski (jedną szóstą powierzchni lądowej Ziemi). Podłoże w tych regionach pozostaje trwale (przez minimum dwa lata) zamarznięte, niezależnie od pory roku. W większości z tych regionów podłoże jest zamarznięte od tysięcy lat, a zmarzlina sięga nawet 1,6 km w głąb ziemi.

Naukowcy od lat przyglądają się z niepokojem ocieplaniu się terenów na dalekiej północy. Rozmarzanie wiecznej zmarzliny oznacza bowiem dodatkowe negatywne skutki dla klimatu. Dzieje się tak dlatego, że ogromne zasoby węgla, chronione w zmarzlinie przez miliony lat – w momencie, gdy ziemia zacznie rozmarzać, zostają dość gwałtownie uwolnione. To dlatego, że po rozmrożeniu organiczna materia (w dużej mierze: budulec torfowisk) ulega rozkładowi i emituje gazy takie, jak metan i dwutlenek węgla. To z kolei prowadzi do przyspieszenia niekorzystnych zmian klimatycznych.

W 2019 roku na łamach „Nature Communications” opublikowano wyniki badań wskazujące na konsekwentny wzrost temperatur wiecznej zmarzliny na całym świecie. Zjawisko to naukowcy zbadali kompleksowo, monitorując i analizując temperatury podłoża w 154 odwiertach w Arktyce, na Antarktydzie i wysokich pasmach górskich świata od 2007 do 2016 roku. Pomiary wykonywali na głębokości co najmniej 10 metrów. Stwierdzili wówczas, że w ciągu dekady temperatura na badanej głębokości podniosła się we wszystkich regionach średnio o 0,3°C. Największe ocieplenie odnotowano w Arktyce. W niektórych odwiertach na Syberii zmierzono wzrost temperatury gruntu nawet o ponad 0,9°C. Dla porównania, temperatury powietrza w tych regionach wzrosły w tym samym okresie o 0,61°C.

„Wieczna zmarzlina magazynuje dwa razy więcej dwutlenku węgla niż znajduje się go w atmosferze” – mówiła Elizabeth E. Webb z University of Florida, autorka badań opublikowanych w „Nature Climate Change” w 2022 roku. Proces degradacji zmarzliny porównała ona do działania kuli śniegowej, która w miarę toczenia się – nabiera też masy.

W tym samym roku, na łamach tego samego pisma naukowcy z University of Leeds ostrzegli, iż wieczna zmarzlina na obszarach torfowisk Europy i zachodniej Syberii zbliża się do punktu krytycznego i może zacząć topnieć. Formacja ta przechowuje (np. w masie torfowisk) 39 mld ton węgla – dwa razy więcej, niż wszystkie europejskie lasy. Badacze z Leeds posłużyli się modelami klimatycznymi, aby sprawdzić możliwą przyszłość tych torfowisk. Ich prognozy wskazują, że nawet przy największych wysiłkach zmniejszających emisję węgla do atmosfery, w 2040 roku klimat północnej Europy nie będzie na tyle zimny i suchy, aby utrzymać wieczną zmarzlinę na tym terenie.

Jednak zdecydowane działania na rzecz klimatu mogą pozwolić na zachowanie zmarzliny na północny zachodniej Syberii, gdzie zalega 13,9 mld ton węgla. Z ich modeli wynikało, że te wrażliwe ekosystemy znajdują się na skraju załamania i nawet umiarkowane działania zaradcze będą się wiązały z utratą do końca wieku, na dużym obszarze warunków podtrzymujących zmarzlinę. To jednak nie znaczy, że należy się poddać. Zakres strat można ograniczyć, a nawet częściowo odwrócić z pomocą zdecydowanych działań chroniących klimat – uwrażliwiali badacze.

Na wiecznej zmarzlinie, zwłaszcza w Arktyce, buduje się domy, drogi, rurociągi i lotniska, dzięki którym funkcjonują lokalne społeczności. Według badań co najmniej 120 tys. budynków, 40 tys. km dróg i 9500 km rurociągów oraz pasów startowych znajduje się na obszarach wiecznej zmarzliny na półkuli północnej. Wraz z ocieplaniem się klimatu dalszy los tych konstrukcji staje się niepewny, a ich utrzymanie wymaga coraz większych wysiłków i nakładów finansowych. Według badań aż 70 proc. zabudowań i 30-50 proc. infrastruktury krytycznej w rejonie Arktyki jest zagrożone zniszczeniem do 2050 r. Możliwe straty szacowane są na dziesiątki miliardów dolarów. Arktyka ociepla się 2 do 4 razy szybciej niż reszta świata. A duża część budynków znajduje się właśnie na obszarach wiecznej zmarzliny. Według artykułu opublikowanego w czasopiśmie naukowym „Nature Reviews Earth & Environment” wzrost temperatur powoduje topnienie zamrożonej warstwy ziemi, czego następstwem są zapadliska, osuwanie się ziemi i powodzie. Arktyka ociepla się 2 do 4 razy szybciej niż reszta świata. W jej rejonie, do którego zalicza się Rosję, Amerykę Północną i Skandynawię, żyje 5 mln ludzi.