Dybt under tundraen sker noget alarmerende
Langt nede under den arktiske tundra begynder den engang permanent frosne jord at tø op. Gamle kulstoflagre, der i tusinder af år har været forseglet i is og frossen jord, strømmer nu i stort omfang ud i nyopståede søer og vandhuller. Forskere advarer om, at denne proces stille og roligt kan udvikle sig til en af de stærkeste selvforstærkende drivkræfter bag den globale opvarmning.
Arktis opvarmes tre til fire gange hurtigere end resten af verden
Temperaturerne i Arktis stiger langt hurtigere end det globale gennemsnit. Målinger viser en opvarmning, der er tre til fire gange højere end verdensgennemsnittet. Det rammer særligt den såkaldte permafrost — jord, der har været frosset i mindst to sammenhængende år, og som i mange tilfælde ikke har tøet op i årtusinder.
Permafrost består ikke kun af sten og is. Den indeholder også enorme mængder frosne planterester, rødder og andet organisk materiale. Denne organiske masse rummer store kulstofdepoter — sammenlignelig med en gigantisk fryser fyldt med død natur. Når den fryseren brister, kommer materialet igen i kontakt med vand, luft og bakterier.
Når jorden tør, synker overfladen, der opstår huller og revner, og nye søer dannes. Disse såkaldte termokarstsøer vokser ofte hurtigt og æder sig på kort tid igennem landskabet, mens endnu mere frossen jord styrter sammen.
Forskning i hjertet af Østsibirien
Et internationalt forskerhold rejste til Centraljakutien i Østsibirien — et område, hvor permafrosten er usædvanlig tyk, og forandringerne sker med rasende hast. Forskerne, samlet i projektet PRISMARCTYC, ville kortlægge præcis, hvor meget kulstof der frigives fra den tøende jord til disse søer, og hvad der derefter sker med det.
De sammenlignede forskellige typer søer:
- Nyligt dannede termokarstsøer, yngre end halvtreds år
- Gamle termokarstsøer, flere tusinde år gamle
- Gamle søer, hvis bredder helt nyligt er styrtet sammen på grund af nye tøprocesser og jordskred
I alle disse vandområder tog de prøver af både opløst organisk kulstof og små faste organiske partikler. Ved hjælp af kemiske analyser og isotopundersøgelser kunne de fastslå, præcis hvor kulstoffet stammede fra — gammel tøende jord eller nylig produktion i selve søen, for eksempel fra alger og vandplanter.
Rekordmængder opløst kulstof i de yngste søer
Målingerne gav bemærkelsesværdigt høje resultater. I de yngste søer og i gamle søer med nylige breddekollaps fandt forskerne opløst organisk kulstof i koncentrationer på flere hundrede milligram per liter. Sådanne værdier betragtes som ekstremt høje for naturlige søer.
Op til tre fjerdedele af det opløste organiske kulstof i disse søer stammer direkte fra tøende permafrost.
Dette kulstof består overvejende af gammelt materiale, der i lang tid har ligget begravet i frossen jord. Molekylernes og isotopernes sammensætning afslører, at der er tale om hundrede til tusinde år gamle planterester, som nu havner i søernes vand.
For de faste partikler tegner der sig et anderledes billede. Langt størstedelen af den organiske stof i svævende partikler dannes direkte i selve søen. Alger, bakterier og andre organismer opbygger dette kulstof ved hjælp af lys og næringsstoffer. Tilførslen af partikler fra den kollapsende permafrost viser sig at være langt mindre end den interne produktion i søen.
Ikke alt kulstof ender som CO₂ eller metan
Et centralt spørgsmål for klimaforskere er, hvor meget af det frigivne kulstof der omdannes til drivhusgasser. Mikroorganismer nedbryder organisk stof og omdanner det til blandt andet kuldioxid (CO₂) og metan (CH₄). Begge gasser forstærker opvarmningen — metan endda langt kraftigere end CO₂ over kortere perioder.
Den nye feltundersøgelse viser, at en del af det opløste organiske kulstof faktisk undslipper søerne som drivhusgas. Vandoverfladerne fungerer dermed som skorstene, der pumper gammelt, længe lagret kulstof tilbage i atmosfæren.
Alligevel viser det sig, at en overraskende stor andel af det tilførte gamle kulstof ikke umiddelbart forsvinder som gas. En del forbliver i vandet, mens en anden del synker til bunds i søen og begraves igen i bundslamslagene i lang tid fremover.
Tøningen af permafrost fører til en omfordeling af gammelt kulstof mellem luft, vand og sediment — snarere end en simpel, fuldstændig omdannelse til drivhusgas.
Det ændrer hele kulstofkredsløbet i arktiske søer. Det handler ikke kun om emissioner, men også om ny midlertidig lagring. Hvor længe denne lagring holder, afhænger af fremtidig opvarmning, iltindholdet i vandet og yderligere forandringer i sølandskabet.
Derfor er disse søer uundværlige for klimamodeller
Globale klimamodeller regnede længe primært med skove, oceaner og landbrugsarealer. Termokarstsøer optrådte ofte kun groft eller slet ikke i beregningerne. Den nye forskning understreger, at disse søer i det arktiske område spiller en selvstændig og kompleks rolle i kulstofkredsløbet.
Studiet viser, at:
- Unge søer og søer med friske breddekollaps oplever enorme toppe i kulstoftilførslen
- Forholdet mellem opløst og fast organisk kulstof varierer kraftigt fra sø til sø
- Kulstoffets oprindelse — gammelt permafrostmateriale eller nylig produktion — kan være forskellig afhængigt af kulstofformen
- Ikke alt gammelt kulstof forsvinder direkte til atmosfæren som CO₂ eller metan
For dem, der bygger klimamodeller, betyder dette, at de må indarbejde variation: ikke én standardsø for hele Arktis, men et spektrum af søtyper og udviklingsstadier. Tidsdimensionen spiller også en rolle — en ung sø opfører sig anderledes end en sø, der har eksisteret i årtusinder og blot for nylig er blevet forstyrret igen.
Hvad er permafrost egentlig?
Permafrost er ikke et islag på jordens overflade — det er selve jorden, der er permanent frossen. Den kan bestå af:
- Mineraler og sten
- Islinser og iskerner
- Planterester, rødder og til tider dyremateriale
- Frosne tørvelag
Mange steder findes lag, der er meter- til titusindvis af meter tykke. Når disse lag tør, mister de volumen, og alt ovenpå synker ned. Bygninger og veje revner, træer hælder skævt, og lavtliggende dale fylder sig med vand og danner søer.
Risikoen for en selvforstærkende spiral
Den største bekymring er den såkaldte feedbackloop: opvarmning fører til tøning, tøning fører til udledning af CO₂ og metan, og denne udledning forstærker opvarmningen yderligere. Termokarstsøer udgør et afgørende led i denne kæde.
Et tænkeligt scenarie ser sådan ud:
- Mildere vintre og varmere somre nedbryder permafrosten
- Jorden synker, og der opstår søer
- Gammelt organisk materiale havner i søerne og nedbrydes delvist
- CO₂ og metan stiger op fra vandoverfladen
- De ekstra drivhusgasser forstærker opvarmningen, som igen angriber mere permafrost
Den nye opdagelse om, at en del af kulstoffet foreløbig forbliver i søen eller i bundslam, nuancerer dette billede en smule. Det bremser den hastighed, hvormed alt gammelt kulstof på én gang når atmosfæren. Alligevel er de samlede reserver så enorme, at selv en delvis frigivelse kan mærkes på globalt plan.
Hvad dette betyder for de kommende årtier
For beslutningstagere og klimaplanlæggere kan den sibiriske tundra virke fjern og abstrakt. Men de processer, der udspiller sig dér, påvirker forhold, der mærkes direkte herhjemme — som havniveaustigninger og ekstreme vejrfænomener.
En accelereret arktisk drivhusgasudledning kan eksempelvis påvirke hastigheden, hvormed iskapper smelter og oceaner opvarmes. Det slår igennem i stormbaner, hedebølger og nedbørsmønstre. For det globale kulstofbudget bliver det dermed vanskeligere at holde sig inden for rammerne af aftaler som Parisaftalen.
For forskere fungerer Sibirien samtidig som et naturligt laboratorium. Ved at måle nøjagtigt her lærer de, hvor hurtigt gammelt kulstof reagerer på højere temperaturer og tøning. Den viden hjælper med at vurdere, hvor meget råderum der stadig er til menneskelige udledninger fra transport, industri og landbrug.
For dem, der arbejder med klimapolitik, rummer denne forskning en klar lektion: tiltag, der bremser den globale opvarmning, mindsker også risikoen for, at store permafrostområder havner i et accelereret tøscenarie. Hver tiendedel grad mindre opvarmning kan gøre en forskel for, hvor meget kulstof der forskydes fra arktiske jorde til søer og videre til atmosfæren.
