Arktyczna marzłoć uwolni więcej węgla. Starożytne pokłady kontynentalnego metanu trafiają już do atmosfery.

Naukowcy z Uniwersytetu Alberty ustalili, że topniejąca wieczna zmarzlina uwolni znacznie więcej dwutlenku węgla, niż sądzono. Przyczyną jest proces zwany wietrzeniem mineralnym, który zachodzi, gdy uwięzione w marzłoci minerały zostają odsłonięte i wskutek działania kwasu siarkowego lub węglowego ulegają rozkładowi na podstawowe składniki chemiczne. W skali czasu geologicznego wietrzenie kwasem węglowym pełni funkcję ważnego czynnika kontroli klimatu i poziomu CO2 w atmosferze. Jednak w sprzyjających warunkach powoduje ono poważne emisje tego gazu cieplarnianego.

Scott Zolkos i Suzanne Tank, autorzy analizy zamieszczonej 5 września 2018 r. w Geophysical Research Letters, stwierdzili, iż takie warunki przeważają w zachodniej części Kanadyjskiej Arktyki. Wieczna zmarzlina topniejąca gwałtownie na Płaskowyżu Peel w znacznym stopniu potęguje wietrzenie minerałów, wyjaśnił Zolkos. Ponieważ jest ono w dużej mierze zasilane w tym regionie kwasem siarkowym (obecnym w wodzie), przyspieszający rozpad permafrostu stanowi dodatkowe źródło atmosferycznych emisji dwutlenku węgla. W ostatnich dziesięcioleciach zjawisko nasiliło się i zwiększyło ilości CO2 trafiające do wód i powietrza.

Arktyczne jeziora emitują starożytny metan

Badanie sfinansowane przez NASA ujawniło, że topnienie arktycznej wiecznej zmarzliny i związane z nim emisje gazów cieplarnianych będą przyspieszać z powodu tzw. nagłego rozmrażania. Zachodzi ono pod jeziorami termokrasowymi (ałasowymi), tworzonymi przez rozpuszczającą się marzłoć. Metan, który trafia do atmosfery w wyniku rozpadu podziemnych zlodowaceń, nie jest uwzględniany w aktualnych prognozach zmiany klimatu. Mechanizm gwałtownego rozmrażania permafrostu i powstawania jezior ałasowych ma ogromne znaczenie jako dodatnie sprzężenie zwrotne, powiedziała Katey Walter Anthony z Uniwersytetu Alaski, główna autorka pracy. W obecności jezior termokrasowych wieczna zmarzlina topnieje coraz szybciej i coraz głębiej. Uczeni z łatwością zmierzyli koncentracje ulatniających się z niej, starożytnych gazów cieplarnianych. Z uwagi na to, iż jeziora są stosunkowo małe i rozproszone po całej Arktyce, żaden komputerowy model ich zachowania nie został dotychczas zaprojektowany i włączony do globalnych prognoz klimatycznych.

Jeziora termokrasowe

Katey Walter Anthony zbadała około 300 jezior ałasowych znajdujących się w tundrach. Siedząc na błotnistym brzegu jednego z nich, biogeochemiczka stwierdziła, że nie przypomina ono pozostałych. Ilość wydobywającego się zeń gazu przeraziła ją. Na tle surowych szczytów Western Brooks, akwen o wielkości około 20 boisk piłkarskich wyglądał tak, jakby się gotował. Jego wody syczały i bulgotały. Bąbelki miały objętość grejpfrutów – niosąc ze sobą kawałki błota, podnosiły powierzchnię o kilkanaście centymetrów. To był metan. Dzięki chemicznemu identyfikatorowi naukowcy zdołali ustalić jego geologiczne źródło. Okazało się, że nie pochodzi z rozmrożonej gleby arktycznej, tylko z dawnych pokładów kopalin. Jeżeli dzieje się to w całej Arktyce – paliwa kopalne mające od 2000 do 43000 tysięcy lat są wystawione na działanie czynników atmosferycznych – planetarne życie jest w większym niebezpieczeństwie, niż zakładano.

Zbiorniki termokrasowe pokrywające mniej niż 6% całkowitej powierzchni arktycznego lądu zwiększyłyby emisje gazów cieplarnianych z gleb ponad dwukrotnie. Krajobraz wokół samego Jeziora Esieh nosi znamiona błyskawicznego topnienia wiecznej zmarzliny. Wzdłuż brzegu zapadła się duża część zbocza, co według uczonych nastąpiło w ciągu trzech miesięcy. Takie wywołane odwilżą osunięcie jest podręcznikowym przykładem szybkiego rozpadu marzłoci.Samolot NASA dokonał pomiarów stężeń metanu nad terenami otaczającymi Jezioro Esieh: wyniki wskazują na to, że procesy rozmrażania podziemnych zlodowaceń zachodzące w jeziorze – tzw. gorącym punkcie emisji metanu – mają miejsce również na obszarach sąsiednich.

Wieczna zmarzlina zawiera dużo węgla, ale w niektórych lokalizacjach charakterystyczne kliny jej osadzonego lodu przykrywają starożytne rezerwuary paliw kopalnych, w tym metanu. W miarę dalszego ocieplania się Arktyki, przebiegającego najszybciej na Ziemi, gazy te będą wprowadzane do atmosfery. Dziury w dnie Jeziora Esieh mogą być podwodnymi kuzynami kraterów, które pojawiły się ostatnich latach w syberyjskiej tundrze najprawdopodobniej w następstwie podziemnych wybuchów gazu. Jeśli tak jest jest w istocie, wówczas Jezioro Esieh należy traktować jako rodzaj budzącej trwogę hybrydy.

Ocieplający się klimat i topniejąca wieczna zmarzlina potęgują emisje gazów cieplarnianych z rzek i jezior Syberii Zachodniej

Swietłana Serikowa z Uniwersytetu w Umeå opisała ten fakt w swojej dysertacji z września 2019 r. Permafrost stanowi ponad 40% lądowej powierzchni Syberii Zachodniej. Kiedy wieczna marzłoć topnieje, zamrożony przez tysiące lat węgiel przedostaje się do akwenów, skąd trafia do atmosfery w postaci gazów cieplarnianych. Serikowa odbyła kilka wypraw terenowych. Podczas liczącej 1 500 kilometrów podróży z południa regionu aż do Oceanu Arktycznego dokonała pomiarów koncentracji gazów cieplarnianych uwalnianych przez rzeki i jeziora w różnych latach i porach roku. Odkryłam, że rzeki i jeziora Syberii Zachodniej są źródłami emisji gazów cieplarnianych do atmosfery, których wielkość różni się w zależności od stanu wiecznej zmarzliny, powiedziała badaczka. Największe stężenia gazów cieplarnianych wydobywających się z rzek zarejestrowałam na tych obszarach, gdzie postępuje rozpad permafrostu. W przypadku jezior najwięcej emisji było w miejscach, gdzie wieczna marzłoć nie utraciła jeszcze swojej stabilności, wyjaśniła Serikowa. Wyniki pokazują, że emisje gazów cieplarnianych ze wszystkich rzek i jezior Syberii Zachodniej (wśród nich jest Ob – jedna z największych rzek świata) przekraczają już ilość węgla, jaką równocześnie transportują do Oceanu Arktycznego. Realia te nie są odzwierciedlone w najnowszym modelowaniu klimatu.

„Pijane lasy” na Alasce

Raport z 25 października 2018 r. poinformował, że w pewnych rejonach Alaski drzewa rosną prawie poziomo, czego przyczyną jest zapadająca się ziemia. Obszary te są określane mianem „pijanego lasu”. Naukowcy z Laboratorium Napędu Odrzutowego (NASA) dopiero teraz zaczynają rozumieć powagę sytuacji. Drugi doroczny lot badawczy nad lasami borealnymi północnej Alaski pozwoli nakreślić skalę zmian zachodzących w topniejącej wiecznej marzłoci. Charles Miller, główny klimatolog NASA, który uczestniczy w analizie wrażliwości klimatycznej arktycznych lasów borealnych, powiedział: Górne trzy metry marzłoci zawierają ponad 1000 miliardów ton organicznego węgla. Dla porównania, od początku rewolucji przemysłowej działalność człowieka uwolniła około 350 miliardów ton węgla. Zatem w górnej warstwie gleby jest go trzy razy więcej. W ciągu ostatnich 30/40 lat zaobserwowaliśmy gwałtowny wzrost temperatury permafrostu. Może to być sygnał, że mamy do czynienia z początkiem topnienia wiecznej zmarzliny w całej Arktyce.

Przybrzeżna wieczna zmarzlina uwalnia więcej węgla, niż sądzono

Naukowcy od dawna uważali, że wieczna zmarzlina rozciąga się z tundry na plaże i dalej aż do dna morskiego. Ponadto panowało wśród nich przekonanie, iż permafrost na takich opadających łagodnie zboczach ma strukturę solidną niczym cegła, która blokuje ogromne ilości zalegającego w nim węgla. Jednak nowe badanie przeprowadzone przez ekspertów z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin zmieniło ten paradygmat. Uczeni odkryli, że wieczna zmarzłoć przeważnie nie występuje w płytkim dnie morskim wzdłuż wybrzeża północno-wschodniej Alaski. Oznacza to, iż węgiel może być uwalniany ze źródeł przybrzeżnych znacznie łatwiej, niż sądzono wcześniej. Wyniki dochodzenia zostały opublikowane 23 października 2020 r. w Science Advances.

„Kopuły gorąca” uwalniają już metan z syberyjskich skał mających setki milionów lat

Termin „bomba metanowa” odnosi się do emisji potężnego gazu cieplarnianego [GWP 200] z mokradeł syberyjskiej wiecznej zmarzliny. Geolodzy z Niemiec, Szwecji i Rosji odkryli, że w 2020 r. fala upałów uwolniła CH4 w znacznie większych ilościach z innego źródła: skał arktycznego permafrostu.

Tereny podmokłe wprowadzają do atmosfery metan „mikrobiologiczny” będący produktem rozkładu materii organicznej. Tymczasem z topniejących wapieni – in. skał węglanowych – wydobywają się węglowodory i hydraty gazowe pochodzące ze zbiorników położonych zarówno poniżej, jak i wewnątrz podziemnych zlodowaceń, co czyni je „o wiele bardziej niebezpiecznymi”, niż wskazywały na to wcześniejsze badania.

Nikolaus Froitzheim z Instytutu Nauk o Ziemi Uniwersytetu w Bonn wyjaśnił, że wraz z dwoma kolegami wykorzystał satelitarne pomiary dużych koncentracji metanu nad dwoma długimi pasami wapienia (szerokość od kilku do 600 kilometrów) na Półwyspie Tajmyr i w Syberii Północnej. Na podłoża skalne składają się tam formacje wapienne z epoki paleozoiku (powstały 541–251,9 miliona lat temu). Brak gleby i skąpa roślinność sprawia, iż wskutek intensywnego nagrzania wapienie pękają, a z utworzonych kieszeni „ucieka” uwięziony w nich metan. W lecie 2020 r. średnia temperatura powierzchni wzrosła na tamtym obszarze do 10°C powyżej normy z lat 1981–2020.

Koncentracje metanu w maju i sierpniu 2020 r. nad Półwyspem Tajmyr i Syberią Północną. Jasnoszare pasy to wychodnie formacji węglanowych graniczących z bogatym w węglowodory dorzeczem Jenisej–Chatanga.

Koncentracje metanu skoczyły o około 5% i utrzymywały się do tegorocznej wiosny, pomimo powrotu niskich temperatur i opadów śniegu. Nikt nie chce być świadkiem aktywacji kolejnych paskudnych dodatnich sprzężeń zwrotnych – potencjalnie mamy do czynienia z jednym z nich. – powiedział Robert Max Holmes z Centrum Badań nad Klimatem im. Woodwella. Szacowane pokłady gazu ziemnego zalegające w Syberii Północnej są ogromne. Kiedy po rozmrożeniu wiecznej zmarzłoci do atmosfery trafi ich część, wywrze to dramatyczny wpływ na przegrzany już globalny klimat. – podsumował Froitzheim. [2 lipca 2021 r., Proceedings of the National Academy of Sciences]