Głęboko pod tundrą dzieje się coś niepokojącego
Pod powierzchnią arktycznej tundry zaczyna się rozmrażać to, co przez tysiąclecia pozostawało zamarznięte. Ogromne zasoby węgla, uwięzione niegdyś w lodzie i zmarzniętej ziemi, masowo przenikają teraz do nowo powstałych jezior i stawów. Naukowcy ostrzegają, że ten proces może po cichu stać się jednym z najpotężniejszych czynników napędzających dalsze ocieplenie naszej planety.
Arktyka ociepla się trzy do czterech razy szybciej niż reszta świata
Temperatura w rejonie Arktyki rośnie w tempie dramatycznie wyższym niż globalna średnia. Pomiary wskazują, że ocieplenie jest tam trzy do czterech razy szybsze niż w pozostałych częściach Ziemi. Najbardziej dotknięta jest tzw. wieczna zmarzlina — grunt pozostający zamarznięty przez co najmniej dwa lata z rzędu, a często od tysięcy lat.
Wieczna zmarzlina to nie tylko skały i lód. Kryją się w niej ogromne ilości zamrożonych szczątków roślin, korzeni i innej materii organicznej. Ten organiczny magazyn zawiera wielkie zasoby węgla — coś w rodzaju gigantycznej zamrażarki wypełnionej martwą naturą. Gdy ta zamrażarka zaczyna się otwierać, uwięziony materiał wchodzi w kontakt z wodą, powietrzem i bakteriami.
Wraz z rozmarzaniem grunt zapada się, tworzą się zagłębienia i szczeliny, a w nich rodzą się nowe jeziora. Te tzw. jeziora termokarstowe często rozrastają się błyskawicznie, pochłaniając kolejne fragmenty krajobrazu i powodując zawalanie się coraz większych obszarów zmarzliny.
Badania w sercu wschodniej Syberii
Międzynarodowy zespół badawczy udał się do Centralnej Jakucji we wschodniej Syberii — regionu, gdzie zmarzlina jest wyjątkowo gruba, a zmiany zachodzą w zawrotnym tempie. Naukowcy skupieni w projekcie PRISMARCTYC chcieli precyzyjnie ustalić, ile węgla z rozmarzającej gleby trafia do tych jezior i co się z nim następnie dzieje.
Porównali kilka typów zbiorników wodnych:
- młode jeziora termokarstowe, powstałe mniej niż pięćdziesiąt lat temu
- stare jeziora termokarstowe, liczące kilka tysięcy lat
- stare jeziora, których brzegi niedawno się obsunęły wskutek nowych procesów rozmrażania i osuwisk
We wszystkich badanych akwenach pobrano próbki zarówno rozpuszczonego węgla organicznego, jak i drobnych stałych cząstek materii organicznej. Analizy chemiczne i badania izotopowe pozwoliły ustalić, skąd pochodzi dany węgiel — czy z dawnej, rozmarzającej gleby, czy z bieżącej produkcji biologicznej samego jeziora, np. przez glony i rośliny wodne.
Rekordowe stężenia rozpuszczonego węgla w najmłodszych jeziorach
Wyniki pomiarów okazały się zadziwiająco wysokie. W najmłodszych jeziorach oraz w starszych, których brzegi niedawno się obsunęły, stężenia rozpuszczonego węgla organicznego sięgały kilkuset miligramów na litr. Takie wartości uznawane są za ekstremalnie wysokie jak na naturalne jeziora.
Nawet trzy czwarte rozpuszczonego węgla organicznego w tych jeziorach pochodzi bezpośrednio z rozmarzającej wiecznej zmarzliny.
Węgiel ten składa się głównie ze starego materiału, który przez długi czas był uwięziony w zamrożonej glebie. Skład molekularny i izotopowy wyraźnie wskazuje, że są to szczątki roślin sprzed setek, a nawet tysięcy lat, które teraz trafiają do wody jezior.
Inaczej wygląda sytuacja w przypadku stałych cząstek. Zdecydowana większość materii organicznej zawieszonej w wodzie powstaje bezpośrednio w jeziorze. Glony, bakterie i inne organizmy wodne same wytwarzają ten węgiel, wykorzystując światło i substancje odżywcze. Napływ cząstek z obsuwającej się zmarzliny okazuje się znacznie mniejszy niż wewnętrzna produkcja jeziora.
Nie cały węgiel zamienia się w CO₂ lub metan
Kluczowe pytanie dla klimatologów brzmi: jaka część uwolnionego węgla przekształca się w gazy cieplarniane? Mikroorganizmy rozkładają materię organiczną, zamieniając ją m.in. w dwutlenek węgla (CO₂) i metan (CH₄). Oba gazy nasilają ocieplenie, przy czym metan jest w krótkim okresie znacznie silniejszym czynnikiem niż CO₂.
Nowe badania terenowe pokazują, że część rozpuszczonego węgla organicznego rzeczywiście ucieka z jezior do atmosfery w postaci gazów cieplarnianych. Powierzchnie tych wód działają jak kominy, które wypuszczają dawno zmagazynowany węgiel z powrotem do powietrza.
Jednak zaskakująco duża część dostarczonego starego węgla wcale nie znika od razu jako gaz. Pewna ilość pozostaje w wodzie, inna opada na dno jeziora i ponownie zostaje tam długotrwale pogrzebana w warstwach mułu.
Rozmarzanie wiecznej zmarzliny powoduje redystrybucję dawnego węgla między powietrzem, wodą i osadem — zamiast prostego i całkowitego przekształcenia go w gazy cieplarniane.
W efekcie cały szlak węglowy w arktycznych jeziorach ulega zmianie. Nie chodzi wyłącznie o emisje, ale też o nowe, tymczasowe magazynowanie. To, jak długo potrwa ten magazyn, zależy od przyszłego ocieplenia, zawartości tlenu w wodzie i dalszych przemian jeziornego krajobrazu.
Dlaczego te jeziora są kluczowe dla modeli klimatycznych
Globalne modele klimatyczne przez długi czas opierały się głównie na danych dotyczących lasów, oceanów i gruntów rolnych. Jeziora termokarstowe były w tych obliczeniach uwzględniane bardzo zgrubnie albo w ogóle. Nowe badania jednoznacznie pokazują, że zbiorniki te pełnią w Arktyce złożoną i odrębną rolę w obiegu węgla.
Badanie wykazało, że:
- młode jeziora i jeziora ze świeżymi osunięciami brzegów doświadczają ogromnych szczytów dopływu węgla
- stosunek rozpuszczonego do stałego węgla organicznego znacząco różni się między poszczególnymi jeziorami
- pochodzenie węgla — z dawnej zmarzliny lub z bieżącej produkcji — może być różne w zależności od jego formy
- nie cały dawny węgiel natychmiast trafia do atmosfery jako CO₂ lub metan
Dla twórców modeli oznacza to konieczność wprowadzenia zróżnicowania: nie jedno standardowe jezioro dla całej Arktyki, lecz cała paleta typów zbiorników i etapów ich rozwoju. Liczy się też wymiar czasowy — młode jezioro zachowuje się zupełnie inaczej niż takie, które istnieje od tysięcy lat, a niedawno znów zostało zaburzone.
Czym dokładnie jest wieczna zmarzlina?
Wieczna zmarzlina to nie lodowa warstwa na powierzchni gruntu, lecz sam grunt pozostający stale zamarznięty. Może składać się z:
- minerałów i skał
- soczewek i rdzeni lodowych
- szczątków roślin, korzeni, a niekiedy materiału zwierzęcego
- zamrożonych warstw torfu
W wielu regionach pakiety te mają grubość od kilku do kilkudziesięciu metrów. Gdy te warstwy rozmarzają, tracą objętość — wszystko powyżej zapada się. Budynki i drogi pękają, drzewa przechylają się, a płytkie doliny wypełniają się wodą, tworząc jeziora.
Ryzyko samowzmacniającego się cyklu
Największą obawą jest tzw. sprzężenie zwrotne: ocieplenie powoduje rozmarzanie, rozmarzanie skutkuje emisją CO₂ i metanu, a te emisje jeszcze bardziej nasilają ocieplenie. Jeziora termokarstowe stanowią w tym procesie kluczowe ogniwo.
Możliwy scenariusz wygląda następująco:
- łagodniejsze zimy i cieplejsze lata niszczą zmarzlinę
- grunt zapada się i powstają jeziora
- do jezior trafia dawna materia organiczna, która częściowo ulega rozkładowi
- CO₂ i metan ulatniają się z powierzchni wody
- dodatkowe gazy cieplarniane nasilają ocieplenie, które z kolei niszczy kolejne obszary zmarzliny
Odkrycie, że część węgla pozostaje — przynajmniej tymczasowo — w jeziorze lub w mule, nieco łagodzi ten obraz. Spowalnia tempo, w jakim cały dawny węgiel trafia jednocześnie do atmosfery. Niemniej całkowite zasoby są tak ogromne, że nawet częściowe uwolnienie może mieć odczuwalne skutki w skali globalnej.
Co to oznacza dla nadchodzących dziesięcioleci
Syberyjska tundra wydaje się odległa dla planistów i decydentów klimatycznych w wielu krajach. Jednak zachodzące tam procesy mają bezpośredni wpływ na zjawiska odczuwalne na całym świecie — takie jak wzrost poziomu mórz czy ekstremalne zdarzenia pogodowe.
Przyspieszenie arktycznej emisji gazów cieplarnianych może wpłynąć na tempo topnienia lądolodów i ocieplania się oceanów. To z kolei przekłada się na szlaki burzowe, fale upałów i wzorce opadów. Dla globalnego budżetu węglowego staje się przez to coraz trudniej zmieścić się w ramach porozumień takich jak Porozumienie Paryskie.
Dla naukowców Syberia jest jednocześnie swego rodzaju naturalnym laboratorium. Dzięki precyzyjnym pomiarom w tym regionie uczą się, jak szybko dawny węgiel reaguje na wyższe temperatury i rozmarzanie. Ta wiedza pomaga lepiej ocenić, ile przestrzeni pozostaje na emisje pochodzące z transportu, przemysłu i rolnictwa.
Z tego badania wynika jeden jasny wniosek dla twórców polityki klimatycznej: działania spowalniające globalne ocieplenie zmniejszają też ryzyko, że rozległe obszary zmarzliny wejdą w fazę przyspieszonego rozmrażania. Każda dziesiąta stopnia mniej ocieplenia może mieć znaczenie dla ilości węgla, który z arktycznych gleb przedostaje się do jezior, a stamtąd do atmosfery.
