Niespodziewane źródło CO2. Wszystko przez wzrost temperatur

Według najnowszych badań opublikowanych w czasopiśmie "Nature Geoscience", emisje dwutlenku węgla z gleby są znacznie bardziej intensywne na obszarach, gdzie doszło do topnienia wiecznej zmarzliny, w porównaniu do terenów, na których zmarzlina pozostaje nienaruszona. To odkrycie potwierdza działanie jednego ze znanych klimatycznych sprzężeń zwrotnych, które odgrywają kluczową rolę w procesie globalnego ocieplenia.

Zespół naukowców z Chińskiej Akademii Nauk przeprowadził szereg skomplikowanych badań, które dostarczyły nowych spostrzeżeń na temat oddziaływania węgla zmagazynowanego w wiecznej zmarzlinie na klimat, szczególnie w kontekście przyszłego ocieplenia klimatu.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

W ciągu ostatnich lat, rosnące temperatury doprowadziły do szybkiego topnienia wiecznej zmarzliny w regionach położonych na dużych szerokościach geograficznych oraz na dużych wysokościach. Ten proces, znany jako termokras, występuje w około 20 proc. północnego regionu wiecznej zmarzliny, gdzie zmagazynowana jest blisko połowa całego podziemnego węgla organicznego. Szybkie tajanie zmarzliny może wpływać na morfologię powierzchni lądu oraz modyfikować właściwości biotyczne i abiotyczne gleby, co z kolei może znacząco wpłynąć na obieg węgla w ekosystemie.

Do tej pory, niewiele badań skupiało się na analizie, czy wpływ zmian klimatycznych na przepływ CO2 w glebie może różnić się w zależności od tego, czy dany teren jest dotknięty termokrasem, czy nie. Grupa badawcza pod kierownictwem profesora Yang Yuanhe postanowiła wypełnić tę lukę w wiedzy. Wyniki ich eksperymentów pokazały, że wzrost uwalniania CO2 z gleby, wywołany ociepleniem, był około 5,5 razy większy na obszarach dotkniętych termokrasem, niż na sąsiednich terenach, które nie były nim dotknięte.

Naukowcy przeanalizowali ponad 30 potencjalnych czynników, które mogłyby odpowiadać za tę różnicę. 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.

Dodatkowo, inkubując w laboratorium gleby z kilku miejsc, gdzie doszło do tajania zmarzliny, naukowcy wykazali, że termokras znacząco zwiększa wrażliwość temperaturową uwalniania CO2. To odkrycie dostarcza dodatkowych dowodów na silniejszą reakcję gleby na ocieplenie w krajobrazach dotkniętych termokrasem.

Autorzy publikacji oszacowali, 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 rocznie. Jak wyjaśniają, odpowiada to około jednej czwartej przewidywanych strat węgla z wiecznej zmarzliny do końca XXI wieku. Topnienie wiecznej zmarzliny może więc przyczynić się do większej emisji węgla do atmosfery, niż wcześniej sądzono.

Wieczna zmarzlina pokrywa około jedną czwartą powierzchni lądu półkuli północnej, w tym połowę Kanady i 80 proc. Alaski, co stanowi 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.

Rozmarzanie wiecznej zmarzliny może prowadzić do gwałtownego uwolnienia magazynowanych w niej przez miliony lat zasobów węgla. Po rozmarznięciu, materia organiczna ulega rozkładowi i emituje m.in. metan i CO2.

W 2019 roku, na łamach "Nature Communications", opublikowano wyniki badań, które wykazały, że w ciągu dekady temperatura na głębokości 10 m podniosła się we wszystkich regionach średnio o 0,3 st. Celsjusza. Największe ocieplenie odnotowano w Arktyce, gdzie w niektórych odwiertach na Syberii zmierzono wzrost temperatury gruntu nawet o ponad 0,9 st. C. Dla porównania, temperatury powietrza w tych regionach wzrosły w tym samym okresie o 0,61 st. C. Wieczna zmarzlina magazynuje dwa razy więcej dwutlenku węgla, niż znajduje się go w atmosferze.

W tym samym roku, na łamach tego samego pisma, naukowcy z University of Leeds ostrzegli, że wieczna zmarzlina na obszarach torfowisk Europy i zachodniej Syberii zbliża się do punktu krytycznego i może zacząć topnieć. Ta formacja 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.

Na wiecznej zmarzlinie, zwłaszcza w Arktyce, buduje się domy, drogi, rurociągi i lotniska, które są niezbędne dla funkcjonowania lokalnych 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 roku.