Genom grundvattnets cirkulation fungerar permafrosten som en källa som förser de hydrologiskt sammankopplade sjöarna i regionen med växthusgaser. Gaserna släpps slutligen ut från sjöarna till atmosfären. Kredit:Ive van Krunkelsven
Grundvatten som cirkulerar genom undergrunden till följd av smältande permafrost kan transportera koldioxid och metan till arktiska sjöar och i sin tur släppas ut till atmosfären. Denna process att transportera växthusgaser ökar effekterna av klimatförändringarna och kvantifieras nu för första gången av forskare från universiteten i Umeå, Barcelona och Linköping. Studien publiceras i Nature Communications .
Permafrost är den jord som förblir frusen året runt i olika delar av planeten, såsom Arktis och Antarktis, samt i höga berg och höga platåer. Den aktuella studien fokuserar på arktiska sjöar belägna i den sporadiska permafrostregionen i norra Sverige. I detta område - ett typiskt tundraekosystem - är mellan 10 och 50 % av jordarna permanent frusna. Det översta lagret av jorden ovanför permafrosten, det aktiva lagret, fryser och tinar årligen.
I denna region har den årliga medeltemperaturen stigit avsevärt de senaste åren och ligger nu över 0 grader Celsius. Detta gör att permafrosten – med dess rikliga organiskt material rikt på kol och växthusgaser – tinar. Genom grundvattnets cirkulation fungerar permafrosten som en källa som förser de hydrologiskt sammankopplade sjöarna i regionen med växthusgaser. Gaserna släpps slutligen ut från sjöarna till atmosfären.
Hittills har lite varit känt i detalj om grundvattnets betydelse för utsläpp av växthusgaser från arktiska sjöar. För att svara på frågor om denna process använde det spansk-svenska forskarteamet i den aktuella studien radon – en gas som finns i överflöd i underjordens strömmar – som spår av grundvattenutsläpp i sjöarna.
Många tekniska problem
Kvantifieringen av radon i ytvatten och grundvatten för att uppskatta transporten av växthusgaser från tinande permafrost till sjöarna hade dock både tekniska och operativa svårigheter.
"Radon är en radioaktiv gas, den sönderfaller väldigt snabbt, och därför var vi tvungna att installera mätutrustning vid Abisko vetenskapliga station för att mäta proverna samma dag som de samlades in", säger Carolina Olid, lektor vid universitetet i Barcelona och f.d. Biträdande professor vid Umeå universitet.
"Koncentrationerna av radon och metan i vattnet i undergrunden är mycket varierande, vilket innebär att det var nödvändigt att arbeta med ett stort antal och volymer av prover för att kunna bestämma deras storlek med god precision", säger Valentí Rodellas, postdoc. forskare vid University Autonomous of Barcelona. "Dessutom har jordarna i dessa rika, täta områden en stor kapacitet att hålla kvar vatten, vilket gjorde det ännu svårare att få tillräckligt med vatten för att genomföra analyserna."
Fler utsläpp på sommaren
Studien visade att inflödet av metangas genom grundvattnet till sjöarna är mer intensivt på sommaren än på hösten på grund av det större överflöd av vatten som cirkulerar i undergrunden (smältning, regn, etc.). De högre temperaturerna på sommaren gynnar också produktionen av metan i underjorden och berikar därför gasinnehållet i grundvattnet som går till sjöarna.
"Klimatförändringar och accelererad permafrostsmältning kommer att öka mängden växthusgaser som kan transporteras till sjöarna genom grundvattnet. Ökningen av nederbörd – upp till 40 % i Arktis under det kommande decenniet – kommer också att öka flödet av grundvatten och, därför utsläpp av metan i sjöarna, säger Carolina Olid.
Ett större utsläpp av växthusgaser till atmosfären är inte den enda effekten som orsakas av smältningen av permafrost.
"Permafrostvatten innehåller höga koncentrationer inte bara av gaser som koldioxid eller metan utan även av andra föreningar som näringsämnen, kvicksilver och andra föroreningar. Närvaron av dessa föreningar i sjöarna kan generera skadliga effekter på den naturliga miljön och organismerna. som lever i sjöars ekosystem, såväl som i terrestra system, säger Gerard Rocher-Ros, postdoktor vid Umeå universitet.
"Detta är effekter med implikationer för hela den akvatiska trofiskkedjan av både sjön själv och nätverket av sammankopplade floder och vattendrag, som har en inverkan på de ekosystemtjänster som naturresurser tillhandahåller samhället", tillägger Carolina Olid.
Förbättrad klimatförändring
Det är fortfarande svårt att bestämma de områden på planeten där processen med permafrostsmältning kommer att vara mer uttalad eller snabbare. I vissa områden kommer sjöar att torka upp eftersom vattnet rinner ut genom avloppen eller nya kanaler som bildas av smältningen. I andra fall kommer sjöarna att utöka sina marginaler allt eftersom smältningen fortskrider – en process som kallas termokarst – och nya sjöar kommer att dyka upp i reliefsänkningar.
I detta scenario av klimatosäkerhet kommer införandet av grundvattenutsläpp i klimatmodeller att förbättra förutsägelser om framtida metanutsläpp från sjöar.
"Detta kommer att göra det möjligt för oss att bedöma sjöarnas verkliga roll i kolets kretslopp och om de verkligen fungerar som källor eller som möjliga reservoarer av växthusgaser. Denna information är en nyckel för att kunna utveckla lämpliga bevarandepolicyer för att mildra klimatförändringarna." säger Carolina Olid. + Utforska vidare
