Permafrost är mark som förblir frusen under hela året; det täcker nästan en fjärdedel av marken på norra halvklotet. Permafrostens frusna tillstånd gör att den kan lagra stora mängder kol; ungefär dubbelt så mycket som i atmosfären. Hastigheten och omfattningen av framtida upptining av permafrost, och efterföljande frisättning av dess kol, är svårt att förutsäga enbart från moderna observationer.

Dock, ett avgörande tidigare förhållande mellan sommarhavsis i Arktis och permafrost, upptäckte i denna studie, är nu förstått, med betydande konsekvenser för framtiden.

Prof. Gideon Henderson, en författare till studien baserad vid institutionen för geovetenskaper, Oxfords universitet, sa:'Vi blev förvånade över att finna att tider då permafrosten smälte i det förflutna inte bara matchade tider då jorden var som varmast, men var mycket mer sannolika när Arktis var fritt från is på sommaren. Denna upptäckt om permafrostens tidigare beteende tyder på att den förväntade förlusten av arktisk havsis i framtiden kommer att påskynda smältningen av permafrosten som för närvarande finns över stora delar av Sibirien.

Betydande minskningar av arktisk havsis har observerats de senaste åren, och Arktis förväntas vara fritt från sommarhavsis under de kommande decennierna. En sådan förlust av havsis kommer sannolikt att leda till en acceleration av upptining av permafrost i Sibirien och till därav följande utsläpp av kol.

Den nya forskningen bygger på utmanande fältarbete för att upptäcka och utforska sibiriska grottor. Grottor är kraftfulla registrerare av perioder när permafrost var frånvarande tidigare. Stalagmiter, stalaktiter och flytstenar kan bara bildas när det finns flytande vatten, och alltså inte när överliggande mark är permanent frusen. Förekomsten av stalagmiter i grottor under nuvarande permafrost visar alltså perioder då permafrost saknades tidigare.

Utveckling av nya metoder för att datera stalagmiter med hjälp av mätningar av naturligt uran och bly, tillåta datering av de återvunna stalagmiterna – och därför av perioder av permafrostfrånvaro – under de senaste en och en halv miljon åren. Stalagmiter växte intermittent från 1, 500, 000 till 400, 000 år sedan, och har inte vuxit de senaste 400, 000 år. Tidpunkten för bildning av stalagmit, och därför frånvaro av permafrost, relaterar inte bara till globala temperaturer i det förflutna utan är särskilt vanligare när Ishavet var fritt från sommarhavis.

Denna studie visar att flera processer kan leda till sambandet mellan arktisk havsis och permafrost. Frånvaron av havsis leder till en ökning av värme- och fuktöverföringen från havet till atmosfären och därför till varmare luft som transporteras långt över land in i Sibirien. Fukttransporter ökar också snöfallet över Sibirien under höstmånaderna. Detta snötäcke isolerar marken från den extrema kylan på vintrarna, vilket leder till en ökning av den genomsnittliga årliga marktemperaturen, destabilisera permafrosten. Följaktligen, i regioner med ökat snötäcke och isolering, permafrosten kommer att börja tina, släpper ut koldioxid som varit instängd i årtusenden.

Tidningen - "Paleoklimatbevis för sårbar permafrost under tider med låg havsis" - kommer att finnas tillgänglig online på Natur den 8 januari 2020,