Flygbild av en permafrost-torvmark i Innoko National Wildlife Refuge i Alaska varvat med mindre områden med termokarstvåtmarker. Kredit:Miriam Jones, U.S. Geological Survey
Plötslig upptining av permafrost kommer att fördubbla tidigare uppskattningar av potentiella koldioxidutsläpp från permafrostupptining i Arktis, och håller redan på att snabbt förändra landskapet och ekologin i det cirkumpolära norr, en ny CU Boulder-ledd studie finner.
Permafrost, ett evigt fruset lager under det säsongsmässigt tinade ytskiktet i marken, påverkar 18 miljoner kvadratkilometer på höga breddgrader eller en fjärdedel av all exponerad mark på norra halvklotet. Nuvarande uppskattningar förutsäger att permafrost innehåller uppskattningsvis 1, 500 petagram kol, vilket motsvarar 1,5 biljoner ton kol.
Den nya studien skiljer mellan gradvis upptining av permafrost, som påverkar permafrosten och dess kolförråd långsamt, kontra mer abrupta typer av permafrosttining. Cirka 20 % av den arktiska regionen har förhållanden som gynnar plötslig upptining på grund av dess isrika permafrostlager. Permafrost som plötsligt tinar är en stor utsläppare av kol, inklusive utsläpp av koldioxid såväl som metan, som är mer potent som växthusgas än koldioxid. Det betyder att även om mindre än 5 % av den arktiska permafrostregionen vid en given tidpunkt sannolikt kommer att uppleva abrupt upptining, deras utsläpp kommer att motsvara utsläppen i områden som upplever gradvis upptining.
Denna plötsliga upptining är "snabb och dramatisk, påverkar landskap på ett aldrig tidigare skådat sätt, sa Merritt Turetsky, chef för Institute of Arctic and Alpine Research (INSTAAR) vid CU Boulder och huvudförfattare till studien som publicerades idag i Naturgeovetenskap . "Skogar kan bli sjöar inom loppet av en månad, jordskred inträffar utan förvarning, och osynliga sipphål för metan kan svälja snöskotrar hela."
Plötslig upptining av permafrost kan uppstå på en mängd olika sätt, men det representerar alltid en dramatisk abrupt ekologisk förändring, tillade Turetsky.
"System som du kunde gå på med vanliga vandringskängor och som var tillräckligt torra för att stödja trädtillväxt när frusen burk tinar, och nu förvandlas helt plötsligt dessa ekosystem till en soppig röra, sa Turetsky.
Varför tina permafrost spelar roll
Permafrost innehåller stenar, jord, sand, och i vissa fall, fickor av ren mald is. Den lagrar i genomsnitt dubbelt så mycket kol som i atmosfären eftersom den lagrar resterna av liv som en gång blomstrade i Arktis, inklusive döda växter, djur och mikrober. Denna fråga, som aldrig sönderdelades helt, har varit inlåst i jordens kylskåp i tusentals år.
Träd kämpar för att hålla sig upprätt i en sjö som bildas av abrupt tining av permafrost. Kredit:David Olefeldt
När klimatet blir varmare, permafrost kan inte förbli frusen. Över 80 procent av det cirkumpolära Arktis norr, ett uppvärmande klimat kommer sannolikt att utlösa en gradvis upptining av permafrost som manifesterar sig över årtionden till århundraden.
Men i de återstående delarna av Arktis, där ishalten är hög, plötslig upptining kan ske inom några månader – vilket leder till extrema konsekvenser för landskapet och atmosfären, speciellt där det finns isrik permafrost. Denna snabba process kallas "termokarst" eftersom en termisk förändring orsakar nedsänkning. Detta leder till ett karstlandskap, känd för sin erosion och sinkhål.
Turetsky sa att detta är det första dokumentet som samlar den breda mängden litteratur om tidigare och nuvarande plötsliga upptinningar över olika typer av landskap.
Författarna använde sedan denna information tillsammans med en numerisk modell för att projicera framtida plötsliga upptinade kolförluster. De fann att termokarst alltid innebär översvämning, översvämning, eller jordskred. Intensiva regnhändelser och det öppna, svarta landskap som är resultatet av skogsbränder kan påskynda denna dramatiska process.
Forskarna jämförde plötslig upptining av kol från permafrost med gradvis upptining av permafrost, försöker kvantifiera en "känd okänd". Det finns generella uppskattningar av gradvis upptining som bidrar till koldioxidutsläpp, men de hade ingen aning om hur mycket av det som skulle orsakas av termokarst.
De ville också ta reda på hur viktig denna information skulle vara att inkludera i globala klimatmodeller. För närvarande, det finns inga klimatmodeller som innehåller termokarst, och bara en handfull som överväger att tina permafrost överhuvudtaget. Medan storskaliga modeller under det senaste decenniet har försökt att bättre redogöra för återkopplingsslingor i Arktis, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) senaste rapport innehåller endast uppskattningar av gradvis upptining av permafrost som en olöst jordsystemåterkoppling.
"Konsekvenserna från plötslig upptining finns inte representerade i någon befintlig global modell och våra resultat tyder på att detta kan förstärka permafrostens klimat-kolåterkoppling med upp till en faktor två, vilket förvärrar problemet med tillåtna utsläpp för att hålla sig under specifika klimatförändringsmål, "sa David Lawrence, av National Center for Atmospheric Research (NCAR) och en medförfattare till studien.
Fynden ger ny brådska att inkludera permafrost i alla typer av klimatmodeller, tillsammans med att implementera en stark klimatpolitik och begränsning, tillade Turetsky.
"Vi kan definitivt avvärja de värsta konsekvenserna av klimatförändringarna om vi agerar under det kommande decenniet, ", sade Turetsky. "Vi har tydliga bevis för att politiken kommer att hjälpa norr och därmed kommer den att hjälpa till att diktera vårt framtida klimat."
