Problem topniejącej wiecznej zmarzliny

Topnienie wiecznej zmarzliny może spowodować uwolnienie mikrobów i substancji chemicznych do środowiska

Rozmarzanie wiecznej zmarzliny może powodować zmniejszenie objętości gruntu, co widać na tym zdjęciu, na którym część nadbrzeżnego klifu wzdłuż Drew Point na Alasce zapadła się do oceanu. Źródło: Benjamin Jones, USGS

Aby uzyskać pełniejszy obraz tego, jak zmiany klimatu wpływają na zamarznięte regiony planety, naukowcy sięgają po dane zebrane nie tylko na lądzie, ale również w powietrzu i przestrzeni kosmicznej.

W ziemskiej wiecznej zmarzlinie – gruncie, który pozostaje zamarznięty przez co najmniej dwa lata – uwięzione są nieopisane ilości gazów cieplarnianych, mikroorganizmów i substancji chemicznych, w tym zakazanego obecnie pestycydu DDT. W miarę ocieplania się naszej planety wieczna zmarzlina rozmarza w coraz szybszym tempie, a naukowcy próbując określić potencjalne skutki tego procesu, muszą zmierzyć się z wieloma niewiadomymi.

W artykule opublikowanym na początku tego roku w czasopiśmie Nature Reviews Earth & Environment przeanalizowano obecny stan badań nad wieczną zmarzliną. Oprócz wniosków dotyczących rozmarzania wiecznej zmarzliny, w artykule skupiono się na tym, w jaki sposób naukowcy starają się odpowiedzieć na pytania związane z tym zjawiskiem.

Infrastruktura już ucierpiała: Rozmarzanie wiecznej zmarzliny doprowadziło do powstawania gigantycznych zapadlisk, osuwających się słupów telefonicznych, zniszczonych dróg i pasów startowych oraz powalonych drzew. Trudniej jest jednak dostrzec to, co zostało uwięzione w mieszaninie gleby, lodu i martwej materii organicznej w wiecznej zmarzlinie. W badaniach sprawdzano, w jaki sposób z rozmarzającej wiecznej zmarzliny mogą być uwalniane substancje chemiczne, takie jak DDT, oraz mikroorganizmy – niektóre z nich zamrożone od tysięcy, jeśli nie milionów lat.

Do tego dochodzi wpływ rozmarzania wiecznej zmarzliny na obieg węgla na naszej planecie. Szacuje się, że sama wieczna zmarzlina na terenach arktycznych zawiera 1700 miliardów ton węgla, w tym metan i dwutlenek węgla. To mniej więcej 51 razy więcej niż ilość węgla uwolnionego przez świat w wyniku emisji z paliw kopalnych w 2019 roku. Materia roślinna zamrożona w wiecznej zmarzlinie nie ulega rozkładowi, ale kiedy zmarzlina rozmarza, mikroby znajdujące się w martwej materii roślinnej zaczynają ją rozkładać, uwalniając węgiel do atmosfery.

Jeziora powstałe w wyniku rozmarzania wiecznej zmarzliny na Półwyspie Jamalskim w północno-zachodniej Syberii. Uchwycone przez satelitę Copernicus Sentinel-2 w dniu 27 sierpnia 2018 r.

„Obecne modele przewidują, że w ciągu najbliższych stu lat, a być może nawet wcześniej, będziemy świadkami skoku węgla uwalnianego  z wiecznej zmarzliny do atmosfery” – mówi Kimberley Miner, badaczka klimatu z Jet Propulsion Laboratory NASA w Południowej Kalifornii i główna autorka pracy. Jednak kluczowe szczegóły – takie jak ilość, konkretne źródło i czas uwalniania węgla – pozostają niejasne.

Najgorszym scenariuszem jest uwolnienie całego dwutlenku węgla i metanu w bardzo krótkim czasie, np. w ciągu kilku lat. Inny scenariusz zakłada stopniowe uwalnianie się węgla. Mając więcej informacji, naukowcy mają nadzieję lepiej zrozumieć prawdopodobieństwo wystąpienia któregoś z tych scenariuszy.

Chociaż w artykule przeglądowym stwierdzono, że regiony polarne Ziemi ocieplają się najszybciej, to nie było jednoznaczne, w jaki sposób zwiększona emisja dwutlenku węgla może spowodować bardziej suche lub wilgotne warunki w Arktyce. Bardziej pewne jest to, że zmiany w Arktyce i Antarktyce będą oddziaływać kaskadowo na niższe szerokości geograficzne. Regiony polarne Ziemi pomagają stabilizować klimat naszej planety. Pomagają w przenoszeniu ciepła z równika w kierunku wyższych szerokości geograficznych, co powoduje cyrkulację atmosferyczną, która napędza prądy strumieniowe i inne. Cieplejsza, pozbawiona wiecznej zmarzliny Arktyka może mieć niewyobrażalne konsekwencje dla pogody i klimatu Ziemi.

Zintegrowane podejście

Aby zrozumieć skutki odwilży, naukowcy coraz częściej sięgają po zintegrowane obserwacje Ziemi z ziemi, powietrza i przestrzeni kosmicznej. Każde z tych podejść ma swoje zalety i wady.

Zmiana temperatury gruntu na głębokości 2 m w latach 1997-2019.

Na przykład pomiary naziemne zapewniają precyzyjne monitorowanie zmian na konkretnym obszarze, a pomiary lotnicze i kosmiczne mogą obejmować rozległe obszary. Pomiary naziemne i lotnicze koncentrują się na konkretnym czasie, w którym zostały zebrane, podczas gdy satelity stale monitorują Ziemię – choć mogą być ograniczone przez takie czynniki, jak zachmurzenie, pora dnia czy ewentualne zakończenie misji satelity.

Mamy nadzieję, że wykorzystanie pomiarów z różnych źródeł pomoże naukowcom stworzyć pełniejszy obraz zmian zachodzących na biegunach, gdzie wieczna zmarzlina rozmarza najszybciej.

Miner współpracuje z kolegami i koleżankami w terenie, aby scharakteryzować mikroby zamrożone w wiecznej zmarzlinie, podczas gdy inni używają instrumentów powietrznych do pomiaru emisji gazów cieplarnianych, takich jak metan. Ponadto, misje lotnicze i satelitarne mogą pomóc w określeniu punktów wysokiej emisji w regionach wiecznej zmarzliny.

W przygotowaniu są również misje satelitarne, które dostarczą danych o emisji dwutlenku węgla z większą rozdzielczością. Misja ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej), Copernicus Hyperspectral Imaging Mission, będzie mapować zmiany w pokryciu terenu i pomoże monitorować właściwości gleby oraz jakość wody. Misja NASA, Surface Biology and Geology (SBG), również wykorzysta satelitarną spektroskopię obrazową do zbierania danych na temat roślin i ich zdrowia, zmian terenu związanych z takimi wydarzeniami, jak osuwiska i wybuchy wulkanów, a także na temat akumulacji, topnienia i jasności śniegu i lodu (co jest związane z ilością ciepła odbijanego z powrotem w przestrzeń kosmiczną).

SBG jest jedną z kilku przyszłych misji nauki o Ziemi, które składają się na Obserwatorium Systemu Ziemskiego NASA. Satelity te razem zapewnią trójwymiarowy, całościowy obraz Ziemi, od jej powierzchni poprzez atmosferę. Będą one dostarczać informacji na temat zmian klimatu, zagrożeń naturalnych, ekstremalnych burz, dostępności wody i rolnictwa.

„Wszyscy starają się jak najszybciej zrozumieć, co dzieje się na biegunach” – powiedział Miner. „Im więcej zrozumiemy, tym lepiej będziemy przygotowani na przyszłość”.

Tekst opublikowany oryginalnie  na stronie climate.nasa.gov