En figur som visar provplatserna för permafrost och landskapstyper över hela området. Varje gul prick är ett prov. Figuren innehåller också en bild av ett typiskt jordprov från permafrost. Kredit:O'Connor et al.
Arktis täcker cirka 20 % av planeten. Men nästan allt hydrologer vet om de kolrika jordar som täcker dess permafrost kommer från väldigt få mätningar som tagits bara några meter från Alaskas Dalton Highway.
Det lilla urvalet är ett problem, särskilt för forskare som studerar den arktiska hydrologins roll för klimatförändringar. Permafrostjordar innehåller stora mängder kol, som kan förvandlas till växthusgaser. Men bristen på data gör det svårt att förutsäga vad som kommer att hända med vatten och kol när permafrosten smälter på grund av värmande temperaturer.
Ny forskning ledd av forskare vid University of Texas i Austin kan hjälpa till att lösa det problemet.
Forskarna tillbringade de senaste fyra somrarna med att mäta permafrostjordar över en 5, 000 kvadratkilometer av Alaskas norra sluttning, ett område ungefär lika stort som Connecticut. Under arbetet med att bygga upp ett välbehövligt jorddataset, deras mätningar avslöjade ett viktigt mönster:De hydrologiska egenskaperna hos olika permafrostmarktyper är mycket konsekventa, och kan förutsägas utifrån det omgivande landskapet.
"Det finns ett stort landområde som är utomordentligt förutsägbart, sa Michael O'Connor, som ledde forskningen samtidigt som han tog sin doktorsexamen från UT Jackson School of Geosciences. "Vår uppsats visar att över ett enormt studieområde, dessa mycket enkla mönster i dessa egenskaper stämmer."
Studien publicerades i tidskriften Geofysiska forskningsbrev . Medförfattare inkluderar forskare från Jackson School, UT:s Cockrell School of Engineering, Utah State University och University of Michigan.
Huvudförfattaren Michael O'Connor tar prover på permafrostjordar på Alaskas norra sluttning. Kredit:Bayani Cardenas/The University of Texas i Austin.
Forskarna undersökte nästan 300 jordprover från olika typer av terräng. De fann att jordtyper och deras tjocklek är nära förknippade med landskapet, där forskarna klassificerade landskapen i fem kategorier utifrån den dominerande växtligheten och om miljön låg på en sluttning eller nära botten av en floddal.
De fann också att var och en av de tre jordtyperna hade distinkta egenskaper som påverkade hur lätt jorden kunde överföra värme och vatten - vilket bestämmer hur koldioxid och metan, ännu en kraftfull växthusgas, är släppta.
Resultaten gör det möjligt för forskare att titta på landskapet för att förstå hur kol och växthusgaser rör sig genom jorden nedanför.
Även om studien inte gör förutsägelser om kolutsläpp, medförfattare Bayani Cardenas, en professor vid Jackson Schools institution för geologiska vetenskaper, sa att det ger en forskningsram.
"Vår data fyller en kunskapslucka som har funnits i 30 år, "Sade Cardenas. "Samhället som studerar permafrost och klimatförändringar kommer att uppskatta dess inneboende värde."
Permafrost låser bort ungefär lika mycket kol som det som redan finns i atmosfären. Dock, fram till denna studie, klimatmodellerare saknade direkt permafrostjordinformation, med forskningsrekordet begränsat till ett dussintal prover tagna längs Dalton Highway och tekniska rapporter som studerade permafrost för väg- och rörledningskonstruktion.
Forskarna använde en helikopter för att nå avlägsna områden i Alaska för provtagning. Huvudförfattaren Michael O'Connor (till vänster) och medförfattaren Stephen Ferencz är avbildade här mitt under att ta ett jordprov från permafrost. Kredit:Bayani Cardenas/The University of Texas i Austin.
Att förbättra de data som är tillgängliga för klimatforskare var den främsta motivationen bakom insamlingskampanjen för permafrost, sa O'Connor. Alaskas norra sluttning är nästan ren vildmark. Forskargruppen förlitade sig på en helikopter för att ta sig runt och en 18-tums brödkniv för att skära av markblock från jorden.
"Vi var på några ställen som förmodligen ingen människa hade satt sin fot på." sade Cardenas.
Att hitta ett mönster mellan landskapet och permafrostens jordmönster kom inte som en överraskning. Växtekologer som arbetar i regionen hade nämnt det anekdotiskt. Men de nypublicerade uppgifterna är något hela forskarsamhället kan dra nytta av.
Cathy Wilson, en hydrolog och klimatmodellerare vid Los Alamos National Laboratory som också bedriver permafrostforskning i Alaska, sade att studien är ett stort steg för klimatmodeller, och att hon ser fram emot att tillämpa studieteknik i sitt eget arbete.
"Detta gör att vi verkligen kan börja skala upp denna värdefulla information om markegenskaper till åtminstone den norra sluttningen, foten av bergskedjor, och vidare, " Hon sa.
