En ny samarbetsstudie har undersökt interaktioner mellan buskar och snöar i Arktis för att få en bättre förståelse av nordligaste tundran och det stora permafrostsystemet. Inför omfattande observationer på plats, Los Alamos National Laboratory-forskare testade sina teorier med en ny 3D-datormodell och bekräftade att buskar kan leda till betydande nedbrytning av permafrostskiktet som förblivit fryst i tiotusentals år. Dessa interaktioner driver ökningar i utsläpp av sötvatten till floder, sjöar och hav.

"Arktis grönar aktivt, och buskar blommar över tundran. När isolerande snö ackumuleras ovanpå höga buskar, det ökar betydande markuppvärmning, "sa Cathy Wilson, Los Alamos -forskare om projektet. "Om trenden att öka vegetationen över Arktis fortsätter, Vi kommer sannolikt att se en stark ökning av permafrostnedbrytningen. "

Teamet undersökte interaktioner mellan buskar, permafrost, och underjordiska områden som kallas taliks. Taliker är ofryst mark nära permafrost orsakad av en termisk eller hydrologisk anomali. Vissa tunnelliknande taliker som kallas "genom taliker" sträcker sig över tjocka permafrostlager.

Resultat av Los Alamos -studien publicerad i Miljöforskningsbrev denna vecka avslöjade att genom taliks utvecklades där snö fångades, värmde marken och skapade en väg för vatten att rinna genom djup permafrost, betydligt drivande upptining och sannolikt ökande vatten- och upplöst kolflöde till floder, sjöar och havet. Datorsimuleringar visade också att det tinade aktiva skiktet var onormalt djupare nära dessa genom taliks, och att ökad busktillväxt förvärrar dessa effekter. I synnerhet, laget subtraherade uppvärmningstrenderna från väderdata som används för att driva simuleringar, därigenom bekräftar att busk-snö interaktioner orsakade nedbrytning även i avsaknad av uppvärmning.

Los Alamos-teamet och samarbetspartners från Department of Energy (DOE) Office of Science's Next Generation Ecosystem Experiments Arctic-program, som finansierar detta projekt, använde en ny Los Alamos-utvecklad finskalig modell, Advanced Terrestrial Simulator (ATS). Den innehåller jordfysik och fångar upp permafrostdynamiken. Teamet testade upprepade gånger resultat mot experimentella data från Alaskas Seward -halvö.

"Dessa simuleringar av genom talikbildning ger ledtrådar till varför vi ser en ökning av vinterutsläpp i Arktis, "säger Los Alamos postdoktorala forskningsassistent Elchin Jafarov, första författaren på tidningen.

Denna modell är den första som visar hur snö och vegetation samverkar för att påverka permafrosthydrologi med talikbildning på en sluttning - utbredd över Alaskas terräng. Laget, inklusive medarbetare från Oak Ridge National Laboratory och University of Alaska, undersökt hur snabbt genom taliks utvecklats på olika permafrostdjup, deras inverkan på hydrologi och hur de avbröt och förändrade kontinuerlig permafrost.