Runt om på planeten försvinner isen snabbt. Från bergstoppar, polerna, haven och tundran. När isen smälter exponerar den nya ytor, nya möjligheter och nya hot – inklusive värdefulla mineralfyndigheter, arkeologiska lämningar, nya virus och mer.

Smältande glaciärer och havsis

Arktis värms upp fyra gånger snabbare än resten av planeten, och det betyder att glaciärer, som sitter på land, och havsis, som flyter på havsytan, smälter snabbt. Två tredjedelar av isen i Arktis har försvunnit sedan 1958 då den först mättes. Mellan 2000 och 2019 förlorade världens glaciärer 267 miljarder ton is varje år. Himalayas glaciärer är på väg att förlora en tredjedel av sin is till 2100, och alpina glaciärer förväntas förlora hälften av sin is.

"Jag kan berätta för dig från vår forskning att berggrunden under isen kommer att exponeras med en mycket högre hastighet än vi tror", säger Joerg Schaefer, klimatgeokemist vid Columbia Climate Schools Lamont-Doherty Earth Observatory som forskar på Grönlandsisen. ark. "Alla förutsägelser är alldeles för konservativa när det gäller förändring - förändringen kommer att gå mycket snabbare. Det är sant globalt. Men Grönland kan vara ett av de områden där dessa förutsägelser om isförändringar är alldeles, alldeles för konservativa på grund av en olika klimatfaktorer."

På grund av den globala uppvärmningen som mänsklig aktivitet redan har orsakat kommer Grönlands smältning att få havsnivån att stiga med 10,6 tum, enligt en ny studie. Denna mängd smältning är redan låst, sa studieförfattarna. De tillade att 10,6 tum är en låg uppskattning; om utsläppen fortsätter och Grönlands rekordstora smältning 2012 blir normen, kan vi stå inför 30 tum eller mer av havsnivåhöjningen. Förlusten av is från västra och östra Antarktis inlandsisar och från andra glaciärer skulle lägga till detta.

Den resulterande potentiella havsnivåhöjningen skulle innebära en katastrof för de 680 miljoner människor som bor i låglänta kustområden runt om i världen, en siffra som förväntas överstiga en miljard år 2050.

Vad ligger under smältande is?

Fossila bränslen och ädla metaller

Fram till nyligen skedde den mesta exploateringen av Arktis olje- och gasresurser på land. Men sommarisen i Arktis kan försvinna redan 2035, vilket gör regionen mer tillgänglig för fartyg och ger nya möjligheter för utvinning av fossila bränslen och gruvdrift.

United States Geological Survey har uppskattat att cirka 30 % av världens oupptäckta gas och 13 % av världens oupptäckta olja kan hittas norr om polcirkeln, mestadels offshore i havet. Utöver dessa fossila bränslen uppskattade U.S. Congressional Research Service att Arktis innehåller ädla metaller och mineraler för en biljon dollar.

Grönland har fyndigheter av kol, koppar, guld, nickel, kobolt, sällsynta jordartsmetaller och zink. När den smältande isen avslöjar land som har varit otillgängligt i tusentals år flyttar prospektörer in.

Schaefers forskning går ut på att ta prover under Grönlands is och använda isotopverktyg för att ta reda på när området senast var isfritt för att identifiera de mest sårbara delarna av Grönlands inlandsis. Han blir ofta ifrågasatt av mineralkonsortier. "De vill bara veta vad som finns under inlandsisen." Skicka oss dina stenar, vi måste veta vilka mineraler som finns där. Och när är det borta? Eller vad krävs för att smälta det?" De vill bara komma in i dessa mineralfyndigheter", sa han.

Värdefulla metaller finns också på djuphavsbotten i Arktis och på andra håll. Potatisliknande knölar på ishavets botten innehåller koppar, nickel och sällsynta jordartsmetaller som skandium, som används inom flygindustrin. Norge undersöker djuphavsbrytning av havsbotten för att utnyttja fyndigheter av koppar, zink, kobolt, guld och silver. Den internationella havsbottenmyndigheten har redan godkänt 30 kontrakt för havsbottenprospektering.

Att bryta havsbotten kan orsaka allvarliga skador på marina ekosystem, inklusive plankton som är basen i näringskedjan. Och medan djuphavsgruvföretag hävdar att deras miljöpåverkan är mindre än landbrytning, förblir mycket av djuphavet och dess ekosystem i stort sett outforskade. Flera företag och miljögrupper kräver ett globalt moratorium för gruvbrytning på djuphavsbotten tills dess miljöpåverkan är bättre förstådd.

Men att undvika de värsta effekterna av klimatförändringarna innebär en övergång från fossila bränslen till förnybar energi, vilket kräver stora mängder mineraler. Så mycket som tre miljarder ton metaller – inklusive litium, nickel, mangan, kobolt, koppar, kisel, silver, zink, järnmalm och aluminium – kan behövas för teknologier som batterier för elfordon, vindturbiner, solpaneler, och annan ren energiteknik. Världsbanken uppskattar att produktionen av mineraler kan öka med nästan 500 % till 2050 för att möta den växande efterfrågan på förnybar energiteknik.

Ett ekologiskt sunt alternativ till att bryta den exponerade marken eller djuphavsbotten skulle vara att utvinna värdefulla metaller från återvunnet elektroniskt avfall, men verkligheten är att endast cirka 20 % av e-avfallet återvinns – resten kasseras. Hur som helst kommer det att behövas fler ädelmetaller än vad som idag är i omlopp för att leverera material för omställningen till ren energi. Som en medlem av Deep Sea Conservation Coalition sa:"Du kan inte återvinna det du inte har."

Mer frakt

Smältande havsis har öppnat upp vattenvägar i Arktis, vilket gör att sjöfarten kan öka med 25 % mellan 2013 och 2019.

I takt med att fler oljetankers och bulkfartyg passerar regionen har resultatet också blivit en 85 % ökning av svart kol främst från deras användning av tung eldningsolja. När svart kol – en form av luftföroreningar som är ett resultat av ofullständig förbränning av fossila bränslen – landar på snö eller is, mörknar det och påskyndar smältningen. Svart kol orsakar också luftvägs- och hjärt-kärlsjukdomar hos människor. FN:s internationella sjöfartsorganisation har förbjudit användningen av tung eldningsolja i Arktis, men förbudet kommer inte att träda i kraft förrän 2029.

Med den smältande sommarisen ökar också kryssningsturismen. 2016 korsade det första stora kryssningsfartyget Arktis och stannade vid Nome, AK. I somras skulle 27 kryssningsfartyg lägga till där. Fler kryssningsfartyg innebär mer koldioxidutsläpp som svärtar ner isen och stör marina ekosystem.

Tinande permafrost

Den globala uppvärmningen orsakar också upptining av permafrost - mark som förblir frusen i två eller flera år i rad. Den finns på höga breddgrader och höga höjder, främst i Sibirien, den tibetanska platån, Alaska, norra Kanada, Grönland, delar av Skandinavien och Ryssland. Permafrost, varav en del har varit frusen i tiotals eller hundratusentals år, lagrar de kolbaserade resterna av växter och djur som frös innan de kunde sönderfalla. Forskare uppskattar att världens permafrost innehåller 1 500 miljarder ton kol, nästan dubbelt så mycket kol som för närvarande finns i atmosfären. När permafrosten tinar konsumerar mikroberna i det frusna organiska materialet och släpper ut koldioxid och metan i atmosfären. Detta påskyndar uppvärmningen och utlöser ännu mer tining av permafrost i en oåterkallelig cykel. Forskare räknar med att två tredjedelar av Arktis ytnära permafrost kan vara borta år 2100.

När isen i permafrosten smälter blir marken instabil och kan rasa, vilket orsakar sten- och jordskred, översvämningar och kusterosion. Den knäckande jorden kan skada byggnader, vägar, kraftledningar och annan infrastruktur. Det påverkar många inhemska samhällen som har levt och varit beroende av stabiliteten hos frusen permafrost i hundratals år.

Vad ligger under tinande permafrost?

Mikrober

När permafrosten tinar avslöjas bakterier och virus som legat gömda under jorden i tiotusentals år. Ett gram permafrost befanns hysa tusentals vilande mikrober. Några av dessa arter kan vara nya virus eller gamla virus som människor saknar immunitet och botemedel mot, eller sjukdomar som samhället har eliminerat, som smittkoppor eller böldpest. 2016 lades hundra personer i Sibirien in på sjukhus och en pojke dog efter att ha fått mjältbrand från ett infekterat renkadaver som frusit 75 år tidigare och blivit blottat när permafrosten tinade. Mjältbrandssporer kom in i marken och vattnet, och så småningom matförsörjningen.

Mycket äldre exemplar har också upptäckts. Forskare har återupplivat ett 30 000 år gammalt virus som infekterar amöbor och upptäckt mikrober som är mer än 400 000 år gamla. Vissa av dessa mikroorganismer kan redan vara resistenta mot våra antibiotika.

Föroreningar

Eftersom Arktis har varit täckt av is och permafrost under stora delar av mänsklighetens historia och i stort sett var otillgänglig, var det en idealisk plats att dumpa kemikalier, biologiska faror och till och med radioaktivt material. Riskerna som dessa material utgör i ljuset av upptinande permafrost är dåligt förstådda.

Radioaktivt avfall från kärnreaktorer och ubåtar, kärnvapenprov och dumpat kärnavfall kan exponeras genom smältande is och tinande permafrost. Kemikalier och föroreningar, som DDT och PCB, som transporterades genom atmosfären och fryst i permafrosten, kan också dyka upp igen. Tungmetallgruvavfall från årtionden av omfattande gruvbrytning i Arktis finns också i permafrost.

Det ökade vattenflödet till följd av tinande permafrost kommer att göra det möjligt för föroreningar och mikroorganismer att spridas lättare, med potentiella risker för ekosystem, lokalsamhällen och näringskedjan. Ökningen av kryssningsfartyg, turism, gruvdrift och handel i Arktis kan också utsätta fler människor för patogener och föroreningar.

Finns det något positivt med smältande glaciärer och upptining av permafrost?

Det finns många katastrofer som kan bli resultatet av smältande glaciärer och upptining av permafrost, men det kan också finnas några potentiella fördelar.

En studie fann att de nya sjöfartsrutter som öppnas av smältande is i Arktis kan minska restiden mellan Asien och Europa avsevärt. De arktiska rutterna är 30 till 50 procent kortare än Suezkanalen och Panamakanalens rutter och kan minska restiden med 14 till 20 dagar. Fartyg kommer därmed att kunna minska sina utsläpp av växthusgaser med 24 procent, samtidigt som de sparar pengar på bränsle och fartygsslitage.

Nya gruvmöjligheter i tidigare otillgängliga områden och i djuphavet kommer att göra det möjligt att få fram de mängder sällsynta och ädla metaller som behövs för att övergå till en ren energiekonomi. Ordföranden för Metals Company sa:"Verkligheten är att övergången till ren energi inte är möjlig utan att ta miljarder ton metall från planeten."

De mikrober och virus som har levt i permafrosten i årtusenden var tvungna att utveckla många anpassningar för att stå emot den tuffa miljön och kan hjälpa till att utveckla nya antibiotika. För att överleva konkurrerade bakterier med varandra genom att producera antibiotika, av vilka en del kan vara helt nya. Medan vissa mikrober har visat sig vara antibiotikaresistenta, kanske andra kan hjälpa till att utveckla nya antibiotika för medicinskt bruk. I arktisk mark som avslöjats av upptinande permafrost upptäckte forskare nya bakteriofager – bakterieätare – som var och en konsumerar olika bakterier.

Forskare hittade en bakterie som kunde överleva i kall och biologiskt nedbrytbar olja i förorenad arktisk jord; bakterien kunde ta upp 60 procent av oljan runt den. Detta kan potentiellt hjälpa till att städa upp oljeutsläpp i Arktis. Två andra bakteriearter som återvunnits från upptinande permafrost visade sig bryta ned dioxiner och furaner, flyktiga vätskor, vilket kan hjälpa till att åtgärda förorenade platser. En forskare studerar om organismer i permafrost kan producera enzymer som bryter ner plast.

Den smältande isen och tinande permafrosten har också avslöjat geografi och antika artefakter som fördjupar arkeologernas förståelse av historia och kultur. I bergen i Norge avslöjade smältande is ett avlägset gammalt bergspass och artefakter från romersk järnålder och vikingarnas tid. Passet var en viktig väg för att flytta boskap mellan betesplatser och en passage för resor och handel. Forskare hittade också många verktyg, artefakter och vapen som hade tillhört vikingarna. I bergskedjan Jotunheimen i Norge upptäckte arkeologer en pilspets av järn som går tillbaka till norsk järnålder.

I år, när havsisen i Antarktis nådde rekordlåga nivåer, sökte forskare i Weddellhavet, en avlägsen del av Antarktis, efter vraket av Sir Ernest Shackletons skepp Endurance. Den hade fångats av havsisen och sänkts 1915.

De kunde hitta fartyget nästan 9 900 fot under vattnet, delvis på grund av minskat istäcke.

I Yukons upptinande permafrost hittade forskare en perfekt bevarad vargvalp som levde för 57 000 år sedan under istiden, kamelben för 75 000 till 125 000 år sedan och tänder från en hyenaliknande varelse som levde för 850 000 till 1,4 miljoner år sedan . Eftersom exemplaren är välbevarade och innehåller genetiskt material kan de hjälpa forskare att förstå hur arter reagerade på klimatförändringar och mänsklig påverkan för länge sedan.

När planeten värms upp kommer vissa länder och regioner att förlora, medan andra kommer att gynnas. Till exempel kommer Sibirien troligen att bli en enorm veteproducent och Kanada en stor vinproducent.

Grönlands ekonomi är för närvarande beroende av fiske, turism och jakt, men den kommer att behöva utnyttja sina naturresurser för att stödja en åldrande befolkning. Sanden och sedimenten som släpps ut av Grönlands smältande glaciärer kan vara värda mer än 1,11 miljarder dollar eftersom världen står inför en allvarlig brist på den sand som behövs för att tillverka betong, datorer och glas. Även om muddring och transport av sand kan orsaka miljöskador, vill en klar majoritet av de tillfrågade grönländarna att deras regering ska undersöka utvinning och export av sand.

När Grönlands glaciärer drar sig tillbaka lämnar de också efter sig silt som krossats till partiklar i nanostorlek av isens tyngd. Denna näringsrika lera, kallad glacial stenmjöl, ger växter mer tillgång till näringsämnen som kalium, kalcium och kisel, samtidigt som de absorberar CO₂ från luften. Genom att tillsätta 27,5 ton glacialt stenmjöl per hektar ökade kornskörden i Danmark med 30 procent. Att applicera 1,1 ton av det på fält absorberar mellan 250 och 300 kg CO₂ . De mer än en miljard ton glacialt stenmjöl som årligen deponeras på Grönland kan göra det möjligt för bönder att sälja koldioxidkrediter på grund av CO₂ absorberas och stärker landets ekonomi.

Ändringarna väcker komplexa frågor

I slutändan kan dessa relativt små potentiella fördelar inte uppväga de enorma effekterna klimatförändringar kommer att ha på lokala samhällen och planeten. "Tror jag att den här typen av förändringar [gruvor och sjöfartsmöjligheter] översätter till något positivt för det bredare samhället på planeten? Absolut inte," sa Schaefer. "[De] kommer att berika en redan otroligt rik liten minoritet av kapitalister ytterligare."

Åtta länder gör anspråk på territorium i Arktis:Kanada, Danmark (eftersom Grönland var dess tidigare koloni), Finland, Island, Norge, Ryssland, Sverige och USA, några med överlappande geologiska anspråk. När regionen värms upp och nya möjligheter till exploatering uppstår, blir "nära-arktiska" länder som Kina, Japan, Sydkorea, Storbritannien och EU-medlemmar mer fokuserade på regionen också. Underrättelseanalytikern Rebekah Koffler har varnat:"Arktis kommer att bli det framtida slagfältet för ekonomisk dominans och innehav av naturresurser."

Det är en geologisk realitet att när isen smälter och permafrosten tinar, kommer många ytor att exponeras. Schaefer anser att det bästa man kan göra är att skärpa lagarna så att utomstående eller rika privata företag inte bara kan exploatera resurser utan något ansvar gentemot planeten eller människorna som äger marken.

Frågan om vem som kommer att dra nytta av klimatförändringens effekter, och i synnerhet av de smältande och upptinande regionerna, är komplicerad. Schaefer tror att dessa frågor rör sig bort från klimatvetenskap och in i juridik och etik, och att den kanske bästa ramen för att lösa dem är att prioritera klimaträttvisa. Han sa:"Rösterna och rösterna från människorna som bor där och äger marken måste stå i centrum för allting." + Utforska vidare

Minimala bevis på permafrostkol i Sibiriens Kolyma-flod

Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.