Permafrosten – frusen jord längst i norr – tinar, frigör växthusgaser och förlorade mikrober. Men en sak som forskare inte har studerat i detalj är om permafrost innehåller vissa typer av partiklar som kan påverka moln och väder.

Som atmosfärsforskare, vi fann i en ny studie att upptining av permafrost innehåller massor av mikroskopiska iskärnande partiklar. Dessa partiklar gör det lättare för vattendroppar att frysa; och om de i permafrosten blir luftburna, de kan påverka arktiska moln.

Sommaren 2018, en av oss, Jessie Creamean, gick till Fairbanks, Alaska, och samlade in prover av permafrost från en forskningstunnel djupt under jorden. Dessa prover sträckte sig från 18, 000 till 30, 000 år gammal, och vårt team testade dem för att se hur många iskärnande partiklar som gömmer sig i permafrost.

Det visar sig att permafrost innehåller massor av dem - upp till 100 miljoner mycket aktiva individuella partiklar per gram mestadels döda mikrober och bitar av växter. Denna densitet är i nivå med vad som finns i bördiga jordar, som är några av de mest koncentrerade källorna till iskärnande partiklar på jorden. Överallt i världen, iskärnbildande partiklar spelar vanligtvis en viktig roll i molnbeteende, och styrkan av den effekten studeras fortfarande.

Varför det spelar roll

Ingen vet ännu om iskärnbildande partiklar från permafrost kommer in i atmosfären och påverkar molnen. Men teorin om hur iskärnande partiklar förändrar moln förstås.

Moln består av miljarder små vattendroppar eller iskristaller, ofta en blandning av båda. Ett moln är som en skog av träd:Alla vattendroppar i molnet kräver ett frö - en liten aerosolpartikel - för att bildas och växa vidare. Nästan varje liten fläck material från land eller hav kan vara utsäde till en flytande molndroppe. På grund av deras unika förmåga att ställa in vattenmolekyler i ett isliknande rutnät, de hjälper underkyld vätska i ett moln att frysa vid varmare temperaturer.

Iskärnbildande partiklar är extremt bra på att bilda små iskristaller – en sällsynt färdighet som finns hos mindre än 1 av en miljon av alla partiklar som svävar runt i luften. Iskärnande partiklar kan vara mineraldamm från öknar, jordfläckar från jordbruksmarker eller – som det vi hittade i permafrosten – bakterier och bitar av biologiskt material från hav eller växter.

Möjligheten att enkelt bilda is har stora konsekvenser för moln och väder.

För det mesta, luftburna vattendroppar måste frysa innan de kan falla till marken som snö eller regn. Iskärnbildande partiklar tillåter molnis att bildas vid varmare lufttemperaturer än normalt, upp till cirka 28 grader Fahrenheit. Utan dessa partiklar, en vattendroppe kan underkyla till ungefär minus 36 F innan den fryses. När iskärnbildande partiklar finns i ett moln, vattendroppar fryser lättare. Detta kan få molnet att regna eller snöa och försvinna tidigare, och reflekterar mindre solljus.

Vad som fortfarande inte är känt

Vårt arbete fann att det finns många av dessa iskärnande partiklar i upptining av permafrost, vilket är viktigt eftersom permafrost täcker 24% av den exponerade markytan på norra halvklotet. Frågan är nu om dessa partiklar kommer in i atmosfären eller inte. Inga andra forskare som vi känner till har tittat på permafrosts effekt på molnbildning, eller mekanismerna genom vilka iskärnande partiklar från permafrost blir luftburna.

Vi antar att iskärnbildande partiklar från upptinande permafrost kan komma in i sjöar och floder, ta sig till kustnära ishavsvatten och spridda över stora områden. Sedan, vindar kan skjuta ut dessa isbildande partiklar i luften, där de kan förstärka frysningen av molnen och påverka vädret.

Det finns fortfarande många okända och mycket arbete att göra.

Vad kommer härnäst

Den här sommaren, vi samarbetar med kollegor från Cold Regions Research and Engineering Laboratory i Fairbanks och National Center for Atmospheric Research i Boulder, Colorado, att ge sig ut på en sex veckor lång expedition till Alaskas arktiska tundra. Vi kommer att samla hundratals prover av permafrost, sjövatten, flodvatten, kustvatten och luftprover för att se om iskärnbildande partiklar från permafrost är närvarande, och i vilka mängder. Vårt mål är att använda dessa fynd i modeller för att förutsäga hur upptinande permafrost kan förändra regionens moln.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.