Forskare vid University of Massachusetts Amherst kombinerade nyligen satellitdata, fältobservationer och sofistikerad numerisk modellering för att måla en bild av hur 22,45 miljoner kvadratkilometer av Arktis kommer att förändras under de kommande 80 åren.
Som väntat kommer den övergripande regionen att bli varmare och blötare, men detaljerna – upp till 25 % mer avrinning, 30 % mer avrinning under ytan och ett gradvis torrare södra Arktis, ger en av de tydligaste vyerna hittills av hur landskapet kommer att reagera på klimatförändring. Resultaten publicerades i tidskriften The Cryosphere .
Arktis definieras av närvaron av permafrost – det permanent frusna lagret på eller under jordens yta. Det är den där permafrosten som driver allt från säsongsbetonad avrinning till sötvatten som dumpas i kustlaguner till mängderna av markens kol som hamnar i havet.
Men Arktis värms upp två och en halv till fyra gånger snabbare än det globala genomsnittet, vilket innebär att enorma mängder kolrika jordar i permafrostregioner tinar och släpper ut sitt kol till floder och atmosfären varje år. Upptiningen intensifierar också Arktis vattenkretslopp – den kontinuerliga slinga av nederbörd, avrinning och avdunstning som delvis bestämmer en regions miljö.
Den övre delen av permafrosten som tinar varje sommar kallas det aktiva lagret, och det har varit av särskilt intresse för Michael Rawlins, docent vid Institutionen för jord-, geografiska och klimatvetenskaper vid UMass Amherst och tidningens huvudförfattare. När Arktis värms upp blir det aktiva lagret tjockare, och Rawlins ville veta hur den förtjockningen, i kombination med uppvärmning och en intensifierad vattencykel, skulle påverka den terrestra arktiska miljön.
Rawlins har ägnat de senaste 20 åren åt att bygga och förfina sin Permafrost Water Balance Model, som redogör för säsongsbetonad upptining och frysning av permafrost och hur den påverkar avrinning, underjordiska vattenvägar, flodflöden och andra aspekter av regionens hydrologi.
För att göra detta samarbetade Rawlins med U.S. National Science Foundation, U.S.A. Department of Energy, NASA och Ambarish Karmalkar, en forskningsassistent vid UMass Amherst när han avslutade forskningen och nu biträdande professor i geovetenskap vid University of Rhode Island .
Karmalkar är expert på användningen av globala klimatmodeller, och han och Rawlins använde nederbörds- och temperaturscenarier från två av dem för att föreställa sig två olika möjligheter för framtiden:ett måttligt fall där utsläppen av växthusgaser, och därmed globala temperaturer, dämpas; och ett scenario med höga utsläpp och uppvärmning.
Rawlins matade sedan in klimatmodelldata i sin Permafrost Water Balance Model, och vad han upptäckte är att den upptinande permafrosten och den tillhörande förtjockningen av det aktiva lagret som, säger Rawlins, "fungerar som en gigantisk hink", kommer att förändra regionens hydrologi i grunden. .
"Ett tjockare aktivt lager skapar en större hink för att lagra vatten", säger Rawlins. "Vårt arbete visar att när nederbörden intensifieras kommer vattnet att lagras längre i tinade jordar och släppas ut vid ett senare tillfälle via underjordiska vägar, istället för att direkt rinna av i floder och bäckar, som mycket av det gör nu."
Studien visar hur upptinande jordar kommer att öka avrinningen till floder på hösten eftersom marken inte fryser lika tidigt i en varmare värld. Mellan nu och 2100 kommer den årliga andelen avrinning under ytan att öka med upp till 30 %.
Denna ökade avrinning kommer dessutom främst att ske i de norra delarna av Arktis. En del av det ytterligare vattnet kommer att härröra från avdunstning orsakad av ett allt mer isfritt Ishavet. Och de södra delarna av Arktis kommer att värmas så mycket att avdunstning och växttranspiration kommer att skicka mycket av den ytterligare nederbörden tillbaka till atmosfären, vilket resulterar i en total uttorkning av landskapet.
Allt detta har ett antal konsekvenser för Arktis:floder i norr, särskilt regionens största, Ob, Yenesey, Lena och Mackenzie, kommer att se proportionellt sett mer vatten från deras norra delar. Eftersom det finns mer markkol i norra Arktis är det troligt att mer av det, en del fruset i tusentals år, kommer att sluta rinna genom floder till Ishavet.
Det ökade utsläppet kommer att påverka dynamiken hos kustnära havsis, förändra ekologin i de arktiska lagunerna med biologisk mångfald och påverka lagring av sötvatten i havet, vilket potentiellt kommer att bromsa den atlantiska meridionala omkullcirkulationen (AMOC), som är ansvarig för att upprätthålla det tempererade klimatet i Nordeuropa.
Det finns mer arbete att göra, säger Rawlins. "Fler fältobservationer behövs från de små och medelstora floderna nära den arktiska kusten för att bättre förstå hur uppvärmningen kommer att förändra transporten av sötvatten från land till hav och i sin tur påverka arktiska miljöer och floran, faunan och ursprungsbefolkningen. befolkningar som kallar regionen sitt hem."
Mer information: Rawlins, M. A. et al, Regimskiften i arktisk terrestrisk hydrologi manifesterad från effekterna av klimatuppvärmningen, Kryosfären (2024). DOI:10.5194/tc-18-1033-2024. tc.copernicus.org/articles/18/1033/2024/
Tillhandahålls av University of Massachusetts Amherst
