Printre vaste porțiuni din zonele înalte ale emisferei nordice, solul înghețat conține miliarde de tone de carbon.

Pe măsură ce temperaturile globale cresc, acest teren „permafrost” riscă din ce în ce mai mult să se dezghețe, putând astfel să elibereze în atmosferă carbonul pe care îl deține de mult timp.

Dezghețul brusc al permafrostului este unul dintre cele mai des discutate „puncte de inflexiune” care ar putea fi depășite într-o lume care se încălzește. Cu toate acestea, cercetările sugerează că, deși acest dezgheț este deja în curs de desfășurare, el poate fi încetinit prin atenuarea schimbărilor climatice.

Cu toate acestea, ceea ce este ireversibil este scăparea carbonului care a fost – și este – emis. Carbonul eliberat din permafrost ajunge în atmosferă și rămâne acolo, exacerbând încălzirea globală.

În concluzie, ceea ce se întâmplă în Arctica nu rămâne în Arctica.

Permafrostul și clima globală

Permafrostul este solul care a fost înghețat timp de cel puțin doi ani consecutivi. Grosimea sa variază de la mai puțin de un metru la mai mult de un kilometru. În mod obișnuit, acesta se află sub un „strat activ” care se dezgheață și reîngheață în fiecare an.

O încălzire a climei pune în pericol acest sol înghețat perene. Atunci când temperaturile cresc, permafrostul se dezgheață – nu se topește.

Există o analogie simplă: comparați ce se întâmplă cu un cub de gheață și cu un pui congelat atunci când sunt scoase din congelator. La temperatura camerei, primul se va fi topit, lăsând o mică baltă de apă, dar puiul se va fi dezghețat, lăsând un pui crud. În cele din urmă, acel pui va începe să se descompună.

Acesta este exact ceea ce se întâmplă cu permafrostul atunci când temperaturile cresc. Un sfert din masa terestră a emisferei nordice este acoperită de permafrost, care acționează ca un gigantic congelator al Pământului și menține înghețate cantități enorme de materie organică.

Harta globală a permafrostului, Asociația Internațională a Permafrostului. Credit: Brown, J., O.J. Ferrians, Jr., J.A. Heginbottom, și E.S. Melnikov, eds. 1997. Circum-Arctic map of permafrost and ground-ice conditions. Washington, DC: U.S. Geological Survey în cooperare cu Consiliul Circum-Pacific pentru Energie și Resurse Minerale. Circum-Pacific Map Series CP-45, scara 1:10.000.000, 1 foaie.

Acest material organic include rămășițele plantelor moarte, animalelor și microbilor care s-au acumulat în sol și au fost înghețate în permafrost cu mii de ani în urmă.

Permafrost, inclusiv oase antice (imaginea din stânga) și material organic (imaginea din dreapta) în tunelul de permafrost de lângă Fox, Alaska. Credit: C. Schädel

Temperaturile arctice au crescut de peste două ori mai repede decât media globală. Acest lucru a provocat dezghețarea permafrostului în multe locuri și a declanșat microbii nou treziți pentru a descompune materialul organic, eliberând astfel CO2 sau metan în atmosferă.

Ambele gaze sunt gaze cu efect de seră, dar metanul este de 28-36 de ori mai puternic decât CO2 pe parcursul unui secol. Cu toate acestea, în atmosferă există mai mult CO2 decât metan, iar metanul este oxidat în CO2 la intervale de timp de aproximativ un deceniu. Așadar, modificarea concentrației de CO2 în atmosferă este cea care contează cu adevărat pentru schimbările climatice pe termen lung.

Liberarea de carbon din permafrost

Ce rol va juca permafrostul în viitoarele emisii de carbon? Și există un punct de basculare care ar putea declanșa un dezgheț rapid?

Științii estimează că există aproximativ de două ori mai mult carbon stocat în permafrost decât cel care circulă în atmosferă. Aceasta reprezintă aproximativ 1460-1600 de miliarde de tone de carbon.

Cei mai mulți dintre aceștia sunt în prezent înghețați și conservați, dar dacă chiar și o mică fracțiune ar fi eliberată în atmosferă, emisiile ar fi probabil mari – potențial similare în magnitudine cu eliberarea de carbon din alte fluxuri de mediu, cum ar fi defrișările.

Aceasta ar fi totuși cu aproximativ un ordin de mărime mai mic decât emisiile provenite din arderea combustibililor fosili până la sfârșitul acestui secol. Cu toate acestea, fiecare moleculă suplimentară de CO2 sau metan adăugată în atmosferă accelerează schimbările climatice și afectează întreaga planetă și clima acesteia.

După cunoștințele noastre actuale, eliberarea de carbon din permafrost este un proces gradual și susținut care adaugă continuu carbon în atmosferă – astfel, consolidând și mai mult încălzirea.

După ce materia organică din permafrost se descompune și eliberează CO2 și metan, nu mai există cale de întoarcere. În acest sens, dezghețul permafrostului este ireversibil – îndeplinind una dintre condițiile definiției unui punct de basculare.

Cu toate acestea, cercetări recente sugerează că, dacă creșterea temperaturii ar încetini și s-ar opri, dezghețul permafrostului ar încetini și el – și s-ar putea opri, limitând astfel emisiile suplimentare. Cu toate acestea, acest lucru ar dura ceva timp. Dezghețul permafrostului este un pic ca un tren de marfă greu – odată ce este în mișcare, nu poate fi oprit imediat. Și chiar și după ce se pune frână, va continua să se rostogolească mai departe pentru o vreme. Cercetările sugerează că emisiile ar putea continua timp de decenii sau secole, chiar și după ce dezghețul permafrostului a încetinit.

Acest lucru sugerează că permafrostul în ansamblu nu va fi trecut la o stare complet nouă – așa cum se întâmplă în cazul unor puncte de inflexiune, cum ar fi topirea calotei glaciare din Groenlanda. Prin urmare, ar fi posibil să se prevină emisiile suplimentare în cazul în care încălzirea globală ar fi oprită.

Dar, așa cum stau lucrurile, dezghețul permafrostului a fost deja observat în multe locații din Arctica. Și, după cum subliniază recentul raport special privind oceanul și criosfera al Grupului interguvernamental privind schimbările climatice (IPCC), încălzirea din acest secol va provoca emisii substanțiale din permafrost:

„Până în 2100, suprafața permafrostului din apropierea suprafeței va scădea cu 2-66% pentru RCP2.6 și cu 30-99% pentru RCP8.5. Acest lucru ar putea elibera în atmosferă între 10 și 100 de gigate de carbon sub formă de CO2 și metan pentru RCP8.5, cu potențialul de a accelera schimbările climatice.”

Cum să adăugăm certitudinea eliberării de carbon din permafrost

Contribuția finală a carbonului din permafrost la schimbările climatice depinde de o serie de factori: cât de mult din carbon va ieși sub formă de CO2 sau metan, de exemplu, și în ce măsură pot compensa plantele și copacii o parte din eliberarea suplimentară de carbon.

Degradarea permafrostului poate avea loc sub forma unui dezgheț gradual de sus în jos sau a unei prăbușiri abrupte a solului care se dezgheață. Ambele procese eliberează carbon în atmosferă. Dezghețul gradual de sus în jos este rezultatul temperaturilor mai ridicate ale aerului care determină solul să se dezghețe de sus în jos, în timp ce dezghețul brusc are loc brusc și imprevizibil.

Permafrostul poate conține până la 80% gheață. Dacă gheața se topește – amintiți-vă că gheața se topește chiar dacă solul nu o face – solul se prăbușește brusc și straturile profunde sunt expuse la temperatura aerului.

Termenul care se prăbușește poate lăsa peisajul brăzdat de lacuri „thermokarst”, umplute cu apă de topire, ploaie și zăpadă. Aceste condiții umede pot favoriza eliberarea celui mai puternic gaz cu efect de seră, metanul.

Peisaj termokarst. Credit: A. Balser

În zonele montane, drenajul natural creează condiții de sol mai uscate după dezghețul permafrostului, accelerând astfel descompunerea materiei organice și eliberând cantități mari de CO2. Impactul final al eliberării de carbon din permafrost va fi mai puternic atunci când un procent mai mare din zona de permafrost se va usca după dezgheț.

Ce fracțiune din peisaj va deveni mai umedă sau mai uscată după dezgheț depinde de distribuția gheții terestre, dar măsurătorile actuale ale gheții sunt doar sporadice și este nevoie urgentă de o mai bună acoperire spațială și de măsurători mai actualizate.

Un alt factor important în bilanțul carbonului din zona de permafrost este absorbția de carbon de către plante. Întrebarea este cât de mult carbon eliberat de dezghețul permafrostului poate fi compensat prin creșterea crescută a plantelor? Plantele preiau carbon din atmosferă și îl folosesc pentru a crește și a-și menține metabolismul.

Condițiile mai calde din Arctica și toate schimbările asociate acesteia stimulează creșterea plantelor, ceea ce înseamnă că o parte din carbonul adăugat în atmosferă de la dezghețarea permafrostului este preluat prin stimularea creșterii plantelor. Dar nu este clar cât de mult carbon va fi compensat de plante și nu este clar cât de susținut este acest proces.

Îmbunătățirea proiecțiilor modelelor de eliberare a carbonului din permafrost este crucială pentru a determina impactul general al dezghețului permafrostului asupra climei globale. Rezultatele recente din Arctica canadiană arată că dezghețul permafrostului are loc mult mai devreme decât se așteptau oamenii de știință, având în vedere proiecțiile actuale ale modelelor.

Pentru moment, modelele iau în considerare doar dezghețul gradual de sus în jos, dar estimările recente arată că dezghețul brusc și prăbușirea solului ar putea dubla eliberarea de carbon din permafrost. Un lucru este clar: cu cât temperaturile cresc mai puțin în Arctica, cu atât mai mult permafrostul va rămâne înghețat și cu atât mai mult carbon va rămâne blocat în permafrost.

Hidrații de metan

Deseori menționat în același timp cu dezghețul permafrostului este pericolul potențial asociat cu descompunerea hidraților de metan, cunoscuți și sub numele de „clatrați”. Aceasta este „gheața” de metan care se formează la temperaturi scăzute și la presiuni ridicate în sedimentele marine ale marginilor continentale sau în interiorul și sub permafrost.

O preocupare deosebită o reprezintă hidrații de metan depozitați sub Platforma Arctică a Siberiei de Est (ESAS), o regiune de coastă de mică adâncime din nordul Rusiei. Studiile au sugerat că dezghețarea permafrostului eliberează acest metan, lăsându-l să urce și să iasă din apa mării. Acest lucru a condus la cercetări care au avertizat că scăparea unor cantități mari de metan ar putea avea „consecințe catastrofale pentru sistemul climatic” și la relatări în mass-media despre o iminentă „bombă cu ceas cu metan”.

Într-o conversație cu Dr. Carolyn Ruppel, cercetător șef al Proiectului privind hidrații de gaz al US Geological Survey, aceasta îmi spune că hidrații de metan rețin aproximativ o șesime din carbonul metanic al Pământului și că unele depozite ar putea, de fapt, să se degradeze acum, pe măsură ce clima se încălzește. Dar, spune ea:

„Dacă metanul eliberat în timpul degradării hidraților de gaz ajunge în ocean, ar fi în mare parte consumat de bacteriile din coloana de apă și nu ar ajunge în atmosferă. În zonele de permafrost, hidrații de gaz care se degradează sunt de obicei îngropați adânc, astfel încât dezghețul permafrostului este cel mai important contributor la emisiile de gaze cu efect de seră.”

În timp ce „este posibil să existe scurgeri substanțiale de metan de pe platformele continentale arctice în zonele de dezgheț ale permafrostului submarin”, spune Ruppel, „studiile au arătat că ratele de flux sunt probabil supraestimate, iar sursa cea mai probabilă a scurgeri de metan nu este reprezentată de hidrații de gaz care se dezgheață”. Ea adaugă:

„Hidrații asociați cu permafrostul nu sunt atât de răspândiți și deseori apar la o adâncime mai mare decât sursele mai puțin adânci de metan care se pot scurge mai ușor în atmosferă.”

Acum, cele mai recente cercetări sugerează că o bombă de metan provenită de la dezghețarea hidraților nu se află la orizont. Cu toate acestea, pentru permafrost, știința arată că dezghețul este deja în curs de desfășurare, iar carbonul pe care îl eliberează va contribui deja la încălzirea climei noastre.

.