Grundvatten kan spela en okänd roll för att tina arktisk permafrost efter skogsbränder, enligt ny forskning.

Den nya studien visar att efter att en skogsbrand bränner av en del av organiskt rik jord som normalt isolerar permafrost, sommarvärmen tränger djupare in i de frusna jordarna, tillåta grundvatten att rinna nedgradigt och potentiellt bidra till större utsläpp av växthusgaser.

Studiens huvudförfattare, ekohydrologen Samuel Zipper från McGill University och University of Victoria (Kanada), kommer att dela sina resultat den 22 oktober vid Geological Society of Americas årsmöte i Seattle, Washington.

Konventionellt, Dragkedja säger, forskare tenderar att uppskatta permafrostens upptining genom att vertikalt mäta tinat jorddjup på enstaka platser, erbjuder ett endimensionellt perspektiv av brandens efterverkningar på det arktiska landskapet.

Istället, han misstänkte att grundvatten kunde spela en okänd roll i processen, där den tinar permafrost i andra områden efter att ha strömmat genom en gång frusen jord. När en löpeld brinner genom den organiskt rika jorden som vanligtvis isolerar permafrost, sommartemperaturerna kan nå djupare ner i den frusna marken, bidrar till ännu större upptining.

"Vad är intressant för mig, " säger Zipper, "är om du bränner en plats, hur reagerar andra delar av landskapet på den branden? Kan grundvattenflöde överföra effekterna av förbränning från en plats till en annan genom att flytta vatten och värme genom underytan?"

För att utforska frågan, Zipper och hans kollegor körde över 20, 000 simuleringar av den största tundrabranden i historien:Alaskas Anaktuvuk River Fire, som sved över 400 kvadratkilometer. De körde simuleringar både med och utan grundvattenflöde för att reta ut dess bidrag till upptining av permafrost efter bränder. Zipper misstänkte att efter sommartemperaturer tränger in i permafrosten, grundvattnet skulle rinna snabbare, levererar en större mängd vatten till närliggande bäckar.

De fann att, verkligen, skogsbrand leder till djupare upptining av permafrost, som förstärks av grundvattenflödet. Men, förvånande, mer vatten förångades efter brand, så det var mindre övergripande grundvattenflöde som nådde bäcken.

"Även om vattnet kunde rinna snabbare, " säger Zipper, "det var faktiskt mindre vatten som tillfördes till underytan på grund av denna förändring i avdunstning. Vi hittade den här typen av intressant dynamik där det fanns mer utrymme för vatten att flöda, men mindre vatten tillgängligt att flöda."

Dessutom, resultaten tyder på att en löpeld kan utlösa en positiv återkoppling av permafrost-upptining. När permafrosten tinar helt enkelt från solens värme, grundvatten rinner från den tinade jorden till mer permafrost, smälter det, som släpper ut mer grundvatten för att tina upp mer permafrost. Zipper misstänker att brand i förtid kan sätta denna slinga i rörelse och intensifiera dess effekter.

För att följa upp resultaten av studien, Zipper planerar att arbeta med data från fler Alaskan fältsajter, vilket kommer att hjälpa honom att avgöra fenomenets genomgripande karaktär. "Vi vill veta, hur verklig och utbredd är denna process?"

Permafrost innehåller många organiska föreningar som lämnats av länge döda men inte nedbrutna frysta växter. Upptining av permafrost släpper ut växthusgaser från dessa föreningar till atmosfären, vilket ytterligare förstärker uppvärmningen. Arktis är bland de snabbast värmande regionerna på jorden, och varmare somrar tenderar att ge mer brandbenägen vegetation, enligt Zipper.

För att korrekt hantera och skydda dessa landskap, Zipper säger att det är viktigt att bilda sig en fullständig bild av deras reaktion på brand, och att införliva grundvatten i den bilden är väsentligt.

"Våra resultat visar att du inte riktigt kan förstå hur permafrost kommer att reagera på störningar som brand utan att förstå vad som händer i grundvattensystemet, " säger Zipper. "Grundvatten är en del av Arktis vattenkretslopp som har varit underskattad bara på grund av brist på data. Det är typ nästa gräns för att ta reda på vad som kommer att hända i Arktis framtid."