Az északi félteke magasabban fekvő területein a fagyott talaj több milliárd tonna szenet rejt.

A globális hőmérséklet emelkedésével egyre nagyobb a veszélye annak, hogy ez a “permafroszt” talaj kiolvad, és a régóta tárolt szén-dioxid a légkörbe kerülhet.

A permafroszt felolvadása az egyik leggyakrabban tárgyalt “fordulópont”, amelyet a felmelegedő világ átléphet. A kutatások azonban arra utalnak, hogy bár ez az olvadás már folyamatban van, az éghajlatváltozás mérséklésével lelassítható.

Az, ami azonban visszafordíthatatlan, az a kibocsátott – és kibocsátott – szén távozása. A permafrosztból felszabaduló szén a légkörbe kerül és ott is marad, súlyosbítva a globális felmelegedést.

Röviden, ami az Északi-sarkvidéken történik, az nem marad az Északi-sarkvidéken.

A permafroszt és a globális éghajlat

A permafroszt olyan talaj, amely legalább két egymást követő éven át fagyott volt. Vastagsága kevesebb mint egy métertől több mint egy kilométerig terjed. Általában egy “aktív réteg” alatt helyezkedik el, amely minden évben felolvad és újrafagy.

A felmelegedő éghajlat veszélyezteti ezt az állandóan fagyott talajt. Amikor a hőmérséklet emelkedik, a permafroszt felolvad – nem olvad el.

Van egy egyszerű hasonlat: hasonlítsuk össze, mi történik egy jégkockával és egy fagyasztott csirkével, amikor kivesszük őket a fagyasztóból. Szobahőmérsékleten az előbbi felolvadt, és egy kis víztócsa maradt utána, a csirke viszont felolvadt, és nyers csirke maradt utána. Végül ez a csirke bomlásnak indul.

A hőmérséklet emelkedésével pontosan ez történik a permafroszttal is. Az északi félteke szárazföldjének egynegyedét permafroszt borítja, amely a Föld gigantikus fagyasztójaként működik, és hatalmas mennyiségű szerves anyagot tart fagyasztva.

Globális permafroszt térkép, International Permafrost Association. Hitel: Brown, J., O.J. Ferrians, Jr., J.A. Heginbottom és E.S. Melnikov, szerk. 1997. A permafroszt és a talajjég állapotának cirkumarktikus térképe. Washington, DC: U.S. Geological Survey in Cooperation with the Circum-Pacific Council for Energy and Mineral Resources. Circum-Pacific Map Series CP-45, 1:10.000.000 méretarány, 1 lap.

A szerves anyag magában foglalja az elhalt növények, állatok és mikrobák maradványait, amelyek évezredekkel ezelőtt a talajban felhalmozódtak és permafrosztba fagyottak.

Permafroszt, beleértve ősi csontokat (bal oldali kép) és szerves anyagot (jobb oldali kép) az alaszkai Fox közelében lévő permafroszt alagútban. Credit: C. Schädel

A sarkvidéki hőmérséklet több mint kétszer olyan gyorsan emelkedik, mint a globális átlag. Ez sok helyen a permafroszt felolvadását okozta, és az újonnan felébredt mikrobákat arra késztette, hogy lebontsák a szerves anyagot, ezáltal CO2-t vagy metánt juttatva a légkörbe.

Mindkét gáz üvegházhatású gáz, de a metán egy évszázad alatt 28-36-szor erősebb, mint a CO2. A légkörben azonban több CO2 van, mint metán, és a metán körülbelül egy évtizedes időskálán oxidálódik CO2-vé. Tehát a légköri CO2-koncentráció változása az, ami igazán számít a hosszú távú klímaváltozás szempontjából.

Szénfelszabadulás a permafrosztból

Szóval, milyen szerepet fog játszani a permafroszt a jövőbeli szén-dioxid-kibocsátásban? És van-e olyan fordulópont, amely gyors olvadást válthat ki?

A tudósok becslése szerint a permafrosztban körülbelül kétszer annyi szén van tárolva, mint amennyi a légkörben kering. Ez körülbelül 1460-1600 milliárd tonna szenet jelent.

A legtöbbet jelenleg megfagyasztják és megőrzik, de ha ennek akár csak egy kis része is kikerülne a légkörbe, a kibocsátás valószínűleg nagy lenne – potenciálisan hasonló nagyságrendű, mint más környezeti folyamatok, például az erdőirtás következtében felszabaduló szén.

Ez még mindig körülbelül egy nagyságrenddel kisebb lenne, mint a század végére a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből származó kibocsátás. Mindazonáltal a légkörbe kerülő minden egyes további CO2- vagy metánmolekula felgyorsítja az éghajlatváltozást, és hatással van az egész bolygóra és annak éghajlatára.

Jelenlegi ismereteink szerint a permafrosztból történő szénfelszabadulás egy fokozatos és tartós folyamat, amely folyamatosan szenet ad a légkörhöz – így tovább erősítve a felmelegedést.

Amint a permafrosztban lévő szerves anyag lebomlik és CO2-t és metánt szabadít fel, azt már nem lehet visszaszerezni. Ebben az értelemben a permafroszt olvadása visszafordíthatatlan – ez megfelel a fordulópont definíciójának egyik feltételének.

A legújabb kutatások szerint azonban, ha a hőmérséklet emelkedése lassulna és megállna, a permafroszt olvadása is lassulna – és potenciálisan megállna, így korlátozva a további kibocsátást. Ez azonban időbe telne. A permafroszt olvadása kicsit olyan, mint egy nehéz tehervonat – ha egyszer elindult, nem lehet azonnal megállítani. És még a fékezés után is egy darabig tovább fog gurulni. A kutatások szerint a kibocsátás még évtizedekig vagy évszázadokig folytatódhat, még akkor is, ha a permafroszt olvadása már lelassult.

Ez arra utal, hogy a permafroszt egésze nem fog teljesen új állapotba kerülni – ahogyan az néhány fordulópont esetében, például a grönlandi jégtakaró olvadásakor történt. Ennek eredményeképpen a globális felmelegedés megállítása esetén meg lehetne akadályozni a további kibocsátásokat.

A jelenlegi állás szerint azonban az Északi-sarkvidék számos pontján már megfigyelték a permafroszt felolvadását. És ahogy az Éghajlatváltozási Kormányközi Testület (IPCC) nemrégiben kiadott, az óceánokról és a krioszféráról szóló különjelentése rámutat, a felmelegedés ebben az évszázadban jelentős kibocsátást fog okozni a permafrosztból:

“2100-ra a felszínközeli permafroszt területe 2-66%-kal csökken az RCP2.6 és 30-99%-kal az RCP8.5 esetében. Ez az RCP8.5 esetében több 10-100 gigatonnányi szén CO2 és metán formájában kerülhet a légkörbe, ami felgyorsíthatja az éghajlatváltozást.”

Hogyan adható hozzá bizonyosság a permafroszt szénfelszabadulásához

A permafroszt szén végső hozzájárulása az éghajlatváltozáshoz számos tényezőtől függ: például attól, hogy a szénből mennyi fog CO2 vagy metán formájában kijutni, és hogy a növények és fák mennyire tudják ellensúlyozni a további szénfelszabadulás egy részét.

A permafroszt degradációja történhet fokozatos felülről lefelé történő olvadás vagy az olvadó talaj hirtelen összeomlása formájában. Mindkét folyamat során szén szabadul fel a légkörbe. A fokozatos, felülről lefelé történő olvadás a levegő melegebb hőmérséklete miatt következik be, ami a talaj felülről lefelé történő olvadását okozza, míg a hirtelen olvadás hirtelen és kiszámíthatatlanul következik be.

A permafroszt akár 80%-ban is tartalmazhat jeget. Ha a jég elolvad – ne feledjük, a jég akkor is elolvad, ha a talaj nem -, a talaj hirtelen beomlik, és a mélyebb rétegek a levegő hőmérsékletének kitetté válnak.

A talaj összeomlása “termokarszt” tavakkal tarkított, olvadékvízzel, esővel és hóval teli tájat hagyhat maga után. Ezek a nedves körülmények elősegíthetik az erősebb üvegházhatású gáz, a metán felszabadulását.

Thermokarsztos táj. Credit: A. Balser

A hegyvidékeken a természetes vízelvezetés a permafroszt felolvadása után szárazabb talajviszonyokat teremt, ezáltal felgyorsítja a szerves anyagok lebomlását és nagy mennyiségű CO2-t szabadít fel. A permafrosztból felszabaduló szén végső hatása erősebb lesz, ha a permafroszt zóna nagyobb százaléka szárad ki az olvadás után.

A talajjég eloszlásától függ, hogy az olvadás után a táj mekkora hányada lesz nedvesebb vagy szárazabb, de a jelenlegi jégmérések csak szórványosak, és sürgősen szükség van jobb területi lefedettségre és naprakészebb mérésekre.

A permafroszt zóna szénmérlegének másik fontos tényezője a növények szénfelvétele. A kérdés az, hogy a permafroszt felolvadásából származó szénfelszabadulás mennyire ellensúlyozható a növények fokozott növekedésével? A növények szenet vesznek fel a légkörből, és azt a növekedéshez és anyagcseréjük fenntartásához használják fel.

A sarkvidéki melegebb körülmények és a hozzájuk kapcsolódó változások serkentik a növények növekedését, ami azt jelenti, hogy a permafroszt felolvadásából a légkörbe kerülő szén egy részét a növények növekedésének fellendítése révén felveszik. Nem világos azonban, hogy a növények mennyi szenet egyenlítenek ki, és az sem, hogy ez a folyamat mennyire tartós.

A permafroszt szénfelszabadulására vonatkozó modell-előrejelzések javítása kulcsfontosságú a permafroszt felolvadásának a globális éghajlatra gyakorolt általános hatásának meghatározásához. A kanadai sarkvidékről származó legújabb eredmények azt mutatják, hogy a permafroszt felolvadása sokkal korábban történik, mint azt a tudósok a jelenlegi modell-előrejelzések alapján várták.

A modellek egyelőre csak a fokozatos, felülről lefelé haladó olvadást veszik figyelembe, de a legújabb becslések szerint a hirtelen olvadás és a talaj összeomlása megduplázhatja a permafrosztból származó szénfelszabadulást. Egy dolog világos: minél kevésbé emelkedik a hőmérséklet az Északi-sarkvidéken, annál több permafroszt marad fagyott, és annál több szén marad a permafrosztban megkötve.

Metánhidrátok

A permafroszt olvadásával egy időben gyakran említik a metánhidrátok, más néven “klatrátok” lebomlásával kapcsolatos potenciális veszélyt. Ez olyan metán “jég”, amely alacsony hőmérsékleten és magas nyomáson képződik a kontinentális peremvidék tengeri üledékeiben vagy a permafrosztban és alatta.

Különös aggodalomra adnak okot a kelet-szibériai sarkvidéki talapzat (ESAS) alatt tárolt metánhidrátok, amely egy sekély tengerparti régió Oroszország északi részén. Tanulmányok szerint a felolvadó permafroszt felszabadítja ezt a metánt, ami felbuborékolva a tengervízbe kerül. Ez arra figyelmeztető kutatásokhoz vezetett, hogy a nagy mennyiségű metán kiszabadulása “katasztrofális következményekkel járhat az éghajlati rendszerre”, és a média egy közelgő “metán időzített bombáról” számolt be.

A Dr. Carolyn Ruppellel, az amerikai földtani intézet gázhidrátokkal foglalkozó projektjének vezető kutatójával beszélgetve elmondta, hogy a metánhidrátok a Föld metánszénjének mintegy egyhatodát zárják magukba, és hogy egyes lelőhelyek az éghajlat felmelegedésével valójában most degradálódhatnak. De azt mondja:

“Ha a gázhidrátok lebomlása során felszabaduló metán eljutna az óceánba, azt többnyire a vízoszlopban lévő baktériumok fogyasztanák el, és nem jutna a légkörbe. A permafroszt területeken a lebomló gázhidrát általában mélyen eltemetve van, így a permafroszt felolvadása az üvegházhatású gázok kibocsátásának fontosabb tényezője.”

Míg “jelentős metánszivárgás történhet a sarkvidéki kontinentális talapzatról a felolvadó tenger alatti permafroszt területein” – mondja Ruppel -, “a vizsgálatok kimutatták, hogy az áramlási arányokat valószínűleg túlbecsülik, és a szivárgó metán legvalószínűbb forrása nem a felolvadó gázhidrátok”. Hozzáteszi:

“A permafroszthoz kapcsolódó hidrátok nem annyira elterjedtek, és gyakran mélyebben fordulnak elő, mint a sekélyebb metánforrások, amelyek könnyebben szivároghatnak a légkörbe.”

A legújabb kutatások tehát azt sugallják, hogy a felolvadó hidrátokból származó metánbomba nincs a láthatáron. A permafroszt esetében azonban a tudomány azt mutatja, hogy az olvadás már folyamatban van, és az általa felszabaduló szén máris hozzájárul az éghajlat felmelegedéséhez.