In vaste zone dell’emisfero settentrionale, il terreno ghiacciato contiene miliardi di tonnellate di carbonio.

Con l’aumento della temperatura globale, questa terra “permafrost” è sempre più a rischio di scongelamento, rilasciando potenzialmente il carbonio a lungo trattenuto nell’atmosfera.

Il disgelo improvviso del permafrost è uno dei “punti critici” più frequentemente discussi che potrebbero essere superati in un mondo che si riscalda. Tuttavia, la ricerca suggerisce che, mentre questo scongelamento è già in corso, può essere rallentato con la mitigazione del cambiamento climatico.

Tuttavia, ciò che è irreversibile è la fuga del carbonio che è stato – e viene – emesso. Il carbonio rilasciato dal permafrost va nell’atmosfera e vi rimane, esacerbando il riscaldamento globale.

In breve, ciò che accade nell’Artico non rimane nell’Artico.

Permafrost e il clima globale

Il permafrost è un terreno che è stato congelato per almeno due anni consecutivi. Il suo spessore varia da meno di un metro a più di un chilometro. Tipicamente, si trova sotto uno “strato attivo” che si scongela e ricongela ogni anno.

Il riscaldamento del clima mette a rischio questo terreno perennemente ghiacciato. Quando le temperature aumentano, il permafrost si scongela – non si scioglie.

C’è una semplice analogia: confronta cosa succede a un cubetto di ghiaccio e a un pollo congelato quando vengono tirati fuori dal freezer. A temperatura ambiente, il primo si sarà sciolto, lasciando una piccola pozza d’acqua, ma il pollo si sarà scongelato, lasciando un pollo crudo. Alla fine, quel pollo inizierà a decomporsi.

Questo è esattamente ciò che accade al permafrost quando le temperature aumentano. Un quarto della massa terrestre dell’emisfero settentrionale è ricoperta da permafrost, che agisce come il gigantesco congelatore della Terra e mantiene congelate enormi quantità di materia organica.

Mappa globale del permafrost, International Permafrost Association. Credito: Brown, J., O.J. Ferrians, Jr., J.A. Heginbottom, e E.S. Melnikov, eds. 1997. Mappa circumpolare artica del permafrost e delle condizioni del ghiaccio terrestre. Washington, DC: U.S. Geological Survey in collaborazione con il Circum-Pacific Council for Energy and Mineral Resources. Circum-Pacific Map Series CP-45, scala 1:10.000.000, 1 foglio.

Questo materiale organico include i resti di piante morte, animali e microbi che si sono accumulati nel suolo e sono stati congelati nel permafrost migliaia di anni fa.

Permafrost che include antiche ossa (immagine a sinistra) e materiale organico (immagine a destra) nel tunnel del permafrost vicino a Fox, Alaska. Credit: C. Schädel

Le temperature artiche sono aumentate più del doppio della media globale. Questo ha causato lo scongelamento del permafrost in molte località e ha innescato microbi appena risvegliati per decomporre il materiale organico rilasciando così CO2 o metano nell’atmosfera.

Entrambi i gas sono gas serra, ma il metano è 28-36 volte più potente della CO2 in un secolo. Tuttavia, c’è più CO2 che metano nell’atmosfera e il metano viene ossidato a CO2 in tempi di circa un decennio. Quindi, è il cambiamento nella concentrazione atmosferica di CO2 che conta davvero per il cambiamento climatico a lungo termine.

Rilascio di carbonio dal permafrost

Quindi, che ruolo avrà il permafrost nelle future emissioni di carbonio? E c’è un punto critico che potrebbe innescare un rapido disgelo?

Gli scienziati stimano che c’è circa il doppio del carbonio immagazzinato nel permafrost rispetto a quello che circola nell’atmosfera. Si tratta di circa 1460 miliardi-1600 miliardi di tonnellate di carbonio.

La maggior parte di esso è attualmente congelato e conservato, ma se anche una piccola frazione viene rilasciata nell’atmosfera, le emissioni sarebbero probabilmente grandi – potenzialmente simili in grandezza al rilascio di carbonio da altri flussi ambientali, come la deforestazione.

Questo sarebbe ancora circa un ordine di grandezza inferiore alle emissioni derivanti dalla combustione dei combustibili fossili entro la fine di questo secolo. Tuttavia, ogni molecola aggiuntiva di CO2 o metano aggiunta all’atmosfera accelera il cambiamento climatico e influenza l’intero pianeta e il suo clima.

Alla nostra conoscenza attuale, il rilascio di carbonio dal permafrost è un processo graduale e sostenuto che aggiunge continuamente carbonio all’atmosfera – rafforzando così ulteriormente il riscaldamento.

Una volta che la materia organica all’interno del permafrost si decompone e rilascia CO2 e metano, non è più possibile recuperarla. In questo senso, il disgelo del permafrost è irreversibile – soddisfacendo una delle condizioni della definizione di punto critico.

Tuttavia, ricerche recenti suggeriscono che se l’aumento della temperatura dovesse rallentare e fermarsi, anche il disgelo del permafrost rallenterebbe – e potenzialmente si fermerebbe, limitando così ulteriori emissioni. Tuttavia, questo richiederebbe del tempo. Il disgelo del permafrost è un po’ come un pesante treno merci – una volta che si muove, non può essere fermato immediatamente. E anche dopo aver messo i freni, continuerà a rotolare per un po’. La ricerca suggerisce che le emissioni potrebbero continuare per decenni o secoli anche una volta che il disgelo del permafrost ha rallentato.

Questo suggerisce che il permafrost nel suo complesso non sarà passato a uno stato completamente nuovo – come nel caso di alcuni punti critici, come lo scioglimento della calotta glaciale della Groenlandia. Di conseguenza, sarebbe possibile prevenire ulteriori emissioni se il riscaldamento globale venisse fermato.

Ma, allo stato attuale, il disgelo del permafrost è già stato osservato in molte località dell’Artico. E come sottolinea il recente rapporto speciale sull’oceano e la criosfera dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), il riscaldamento di questo secolo causerà notevoli emissioni dal permafrost:

“Entro il 2100, l’area del permafrost vicino alla superficie diminuirà del 2-66% per RCP2.6 e del 30-99% per RCP8.5. Questo potrebbe rilasciare da 10 a 100 gigatonnellate di carbonio come CO2 e metano nell’atmosfera per RCP8.5, con il potenziale di accelerare il cambiamento climatico.”

Come aggiungere certezza al rilascio di carbonio nel permafrost

Il contributo finale del carbonio del permafrost al cambiamento climatico dipende da una varietà di fattori: quanto del carbonio uscirà come CO2 o metano, per esempio, e quanto le piante e gli alberi possono compensare parte del rilascio aggiuntivo di carbonio.

La degradazione del permafrost può avvenire come graduale disgelo dall’alto o come brusco collasso del terreno in via di disgelo. Entrambi i processi rilasciano carbonio nell’atmosfera. Lo scongelamento graduale dall’alto verso il basso è il risultato di temperature dell’aria più calde che causano lo scongelamento del suolo dall’alto verso il basso, mentre lo scongelamento brusco avviene improvvisamente e in modo imprevedibile.

Il permafrost può contenere fino all’80% di ghiaccio. Se il ghiaccio si scioglie – ricordate che il ghiaccio si scioglie anche se il suolo non lo fa – il terreno crolla improvvisamente e gli strati profondi vengono esposti alla temperatura dell’aria.

Il terreno che collassa può lasciare il paesaggio segnato da laghi “thermokarst”, pieni di acqua di fusione, pioggia e neve. Queste condizioni umide possono promuovere il rilascio del più potente gas serra, il metano.

Paesaggio thermokarst. Credit: A. Balser

Negli altipiani, il drenaggio naturale crea condizioni di suolo più asciutto dopo il disgelo del permafrost, accelerando così la decomposizione della materia organica e rilasciando grandi quantità di CO2. L’impatto finale del rilascio di carbonio dal permafrost sarà più forte quando una percentuale maggiore della zona permafrost si asciuga dopo il disgelo.

Quale frazione del paesaggio diventerà più umida o più secca dopo il disgelo dipende dalla distribuzione del ghiaccio al suolo, ma le attuali misurazioni del ghiaccio sono solo sporadiche e sono urgentemente necessarie una migliore copertura spaziale e misure più aggiornate.

Un altro fattore importante nel bilancio del carbonio della zona del permafrost è l’assorbimento di carbonio da parte delle piante. La domanda è: quanto carbonio rilasciato dallo scongelamento del permafrost può essere compensato da una maggiore crescita delle piante? Le piante prendono il carbonio dall’atmosfera e lo usano per crescere e mantenere il loro metabolismo.

Le condizioni più calde nell’Artico e tutti i suoi cambiamenti associati stimolano la crescita delle piante, il che significa che parte del carbonio aggiunto all’atmosfera dallo scongelamento del permafrost viene assorbito dalla spinta alla crescita delle piante. Ma non è chiaro quanto carbonio sarà compensato dalle piante e non è chiaro quanto sia sostenuto questo processo.

Migliorare le proiezioni dei modelli sul rilascio di carbonio nel permafrost è cruciale per determinare l’impatto complessivo dello scioglimento del permafrost sul clima globale. Recenti risultati dall’Artico canadese mostrano che lo scongelamento del permafrost sta avvenendo molto prima di quanto gli scienziati si aspettassero in base alle attuali proiezioni dei modelli.

Per il momento, i modelli tengono conto solo dello scongelamento graduale dall’alto verso il basso, ma stime recenti mostrano che lo scongelamento improvviso e il crollo del suolo potrebbero raddoppiare il rilascio di carbonio dal permafrost. Una cosa è chiara: meno aumentano le temperature nell’Artico, più il permafrost rimarrà congelato e più carbonio rimarrà rinchiuso nel permafrost.

Idrati di metano

Spesso menzionato nella stessa frase del disgelo del permafrost è il potenziale pericolo associato alla rottura degli idrati di metano, conosciuti anche come “clatrati”. Si tratta di “ghiaccio” di metano che si forma a basse temperature e alte pressioni nei sedimenti marini del margine continentale o dentro e sotto il permafrost.

Di particolare preoccupazione sono gli idrati di metano immagazzinati sotto la piattaforma artica siberiana orientale (ESAS), una regione costiera poco profonda a nord della Russia. Gli studi hanno suggerito che lo scongelamento del permafrost sta rilasciando questo metano, lasciandolo ribollire e uscire dall’acqua del mare. Questo ha portato a una ricerca che avverte che la fuga di grandi quantità di metano potrebbe avere “conseguenze catastrofiche per il sistema climatico” e i media parlano di un’imminente “bomba a tempo di metano”.

In una conversazione con la dottoressa Carolyn Ruppel, capo scienziato del Gas Hydrates Project dell’US Geological Survey, mi dice che gli idrati di metano intrappolano circa un sesto del carbonio metano della Terra e che alcuni depositi potrebbero, in effetti, degradarsi ora con il riscaldamento del clima. Ma, dice:

“Se il metano rilasciato durante la degradazione degli idrati di gas raggiunge l’oceano, verrebbe per lo più consumato dai batteri nella colonna d’acqua e non raggiungerebbe l’atmosfera. Nelle aree di permafrost, l’idrato di gas che si degrada è di solito sepolto in profondità, quindi lo scongelamento del permafrost è il più importante contributore alle emissioni di gas serra.”

Mentre “ci può essere una sostanziale perdita di metano dalle piattaforme continentali artiche nelle aree di permafrost sottomarino che si scongela”, dice Ruppel, “gli studi hanno dimostrato che i tassi di flusso sono probabilmente sovrastimati e la fonte più probabile del metano che perde non è lo scongelamento degli idrati di gas”. Aggiunge:

“Gli idrati associati al permafrost non sono così diffusi e spesso si trovano più in profondità rispetto alle fonti di metano meno profonde che possono più facilmente fuoriuscire nell’atmosfera”

Quindi, l’ultima ricerca suggerisce che una bomba di metano da idrati che si scongelano non è all’orizzonte. Tuttavia, per il permafrost, la scienza mostra che lo scongelamento è già in corso e il carbonio che sta rilasciando sta già contribuendo al nostro clima che si riscalda.