En ny analys av avrinningens förändrade karaktär, flodutsläpp och andra hydrologiska kretsloppselement tvärs över Alaskas norra sluttning avslöjar betydande ökningar i andelen avrinning under ytan och utsläpp under kalla årstider, förändringar som författarna säger är "förenliga med uppvärmning och upptining av permafrost."

Förste författare och ledande klimatmodellerare Michael Rawlins, docent i geovetenskap vid University of Massachusetts Amherst och biträdande chef för dess Climate Systems Research Center, säger att uppvärmningen förväntas flytta Arktis från ett ytvattendominerat system till ett grundvattendominerat system, med djupare vattenflödesvägar genom nytinade jordar.

"Våra modelluppskattningar av upptining av permafrost stämmer överens med uppfattningen att ekosystemen i permafrostregionen skiftar från en nettosänka till en nettokälla av kol, " han säger.

Sötvatten och flodburna näringsämnen, huvudsakligen löst organiskt kol, transporteras till kustnära flodmynningar och laguner som ligger vid gränsytan mellan land och hav, han förklarar. Fältmätningar av flodutsläpp och andra hydrologiska kretsloppselement i denna region är sparsamma, vilket kräver en modelleringsmetod för att kvantifiera land-havsflödena och deras förändrade karaktär. Detaljer om denna undersökning av arktiska vattendelar mellan Utqiagvik (tidigare Barrow) och strax väster om Mackenzie River under perioden 1981-2010 finns i det aktuella numret av open access journal, Kryosfären .

Rawlins förklarar, "Vår modell inkluderar en toppmodern simulering av markens frysning-tiningscykler som gör att vi bättre kan förstå hur permafrosttining påverkar storleken och tidpunkten för hydrologiska flöden. Våra resultat pekar på större effekter av uppvärmning över Brooks Range , inklusive ökande kalla årstider (november till april) flodutsläpp och en högre andel avrinning under ytan."

Ytterligare, de föränderliga terrestra inflödena kan påverka näringsvävens struktur i lagunerna, han lägger till. "Lokala inhemska samhällen förlitar sig på fisken och andra resurser i lagunens ekosystem för sin livsuppehälle. Mer än 150 arter av flyttfåglar och sjöfåglar stöds av regionens näringsnät, och lagunerna är en rik källa till fisk för inhemska samhällen." Kärra, Nuiqsut och Kaktvik jägare och invånare litar på den höga produktiviteten i Beaufort Lagoon-systemen för att stödja fisk- och fågelpopulationer de lever på, Rawlins påpekar.

I den här studien, Permafrostvattenbalansmodellen validerades mot tillgängliga mätningar av flodutsläpp och vatten i snöpackningen. Rawlins och kollegor utvecklar modeller och utnyttjar mätningar av in situ och fjärranalys för att bättre förstå flöden in i Beaufort-lagunerna och förutsäga hur permafrosttining och intensifiering av vattencykeln kommer att påverka lagunens ekosystemdynamik i framtiden.

Forskarna observerade betydande ökningar av utsläpp under kalla årstider, såsom 134 % av det långsiktiga genomsnittet för North Slope, och 215 % i Colville River Basin, till exempel. De rapporterar en betydande ökning av förhållandet mellan avrinning under ytan och total avrinning för regionen och för 24 av de 42 studiebassängerna, med den förändring som är mest utbredd över de norra foten av Brooks Range. De observerade också en minskning av vattenlagring på land, vilket de tillskriver förluster i jordis som uppväger vinster i lagring av flytande vatten i jorden. Tidpunkten för toppavlastning från våren, flödet av snösmältning i havet, har också ändrats tidigare med 4,5 dagar.

Författarna säger att fynd har konsekvenser för vatten, kol och näringsämnens kretslopp i kustnära ekosystem och utanför. North Slope-floderna är en primär källa till nya organiska näringsämnen till Beauforthavets laguner, hälften av den årliga sötvattenexporten sker inom ett tvåveckorsfönster efter snösmältning på våren. När klimatet blir varmare, kol som har hållits sekvestrerat i tusentals år i permafrostjordar tinar och mobiliseras och överförs till flodsystem, med en del släpps ut till atmosfären som koldioxid och metan, accelererande uppvärmning.