Významný zdroj skleníkových plynů začal unikat do zemské atmosféry z nepravděpodobného místa. Za polárním kruhem začala poprvé rozmrzat půda zamrzlá desítky tisíc let. Podle současných odhadů se v trvale zmrzlé půdě, zvané permafrost, nachází více než dvojnásobné množství uhlíku než v dnešní atmosféře. Při tání věčně zmrzlé půdy by se obrovské množství tohoto uloženého uhlíku mohlo uvolnit ve formě oxidu uhličitého nebo metanu.
V mírnějším prostředí se většina uhlíku z odumřelého rostlinného materiálu poměrně rychle vrací zpět do atmosféry díky působení mikrobů, kteří rozkládají organické materiály. Zbytky odumřelých rostlin se však po tisíciletí hromadí ve věčně zmrzlé půdě a sedimentech v oblastech, jako je severní svah Aljašky a Sibiř.
„Jakmile se organický materiál dostane do věčně zmrzlé půdy, je v podstatě mimo systém. Je to jako uchovávat potraviny v mrazáku – rychlost rozkladu se dramaticky zpomalí,“ řekla Julie Jastrowová, ekoložka z Argonnské národní laboratoře amerického ministerstva energetiky (DOE).
„Dokud půda nebo sediment zůstávají zmrzlé, dochází jen k velmi malé mikrobiální činnosti, která by rozkládala organickou hmotu,“ dodala Jastrowová. „Jakmile však půda začne rozmrzat, mikrobiální aktivita se zvýší, a jak se mikrobi živí organickými materiály, část uhlíku se uvolní do atmosféry. Obáváme se, že tento dodatečný zdroj skleníkových plynů by pak urychlil proces oteplování, což by vedlo k ještě většímu tání dalšího permafrostu.“
Cykly mrznutí a tání spojené s arktickou tundrou způsobují jev známý jako kryoturbace, při kterém se vrchní vrstvy půdy odhrnou společně s nižšími vrstvami. Podle Jastrowa tento proces před tisíci lety transportoval odumřelé rostliny sedimentem dolů do permafrostu dříve, než mohly být rozloženy.
„Problém je v tom, že dole je pohřbeno velké množství relativně snadno rozložitelného uhlíku, který je však chráněn tím, že je ve zmrzlém stavu. Pokud rozmrzne a začnou na něj působit mikrobi, pak – stejně jako při spalování fosilních paliv – dojde k uvolnění uhlíku, který byl dlouhou dobu mimo globální koloběh a opravdu ho nelze vrátit tam, odkud přišel. Zatím nevíme, kolik tohoto starobylého uhlíku se uvolní, jak rychle a v jaké formě – oxid uhličitý nebo metan?“ řekla.
Pro vědce a politiky, kteří se obávají klimatických změn, spočívá jeden obzvláště znepokojující aspekt tání permafrostu v tom, že tyto půdy a sedimenty obvykle obsahují velké množství ledu. Pokud voda z tajícího ledu odteče, budou emise uhlíku tvořit převážně oxid uhličitý. Ve špatně odvodněných oblastech se však voda hromadí a může se uvolňovat značné množství metanu. Pokud se uhlík uvolní ve formě metanu, vyvolá během jednoho století 25krát větší oteplovací efekt, než by vyvolalo jeho uvolnění ve formě oxidu uhličitého.
Jastrowová a její kolegové z Argonne a University of Alaska-Fairbanks odebrali vzorky věčně zmrzlé půdy ze severního svahu Aljašky mezi Brooks Range a Prudhoe Bay. Podrobným zkoumáním chemických forem uhlíku a minerálů v permafrostových půdách a pozorováním chování mikrobů živících se uhlíkem při pomalém zahřívání těchto půd za různých podmínek odvodnění plánují vědci vyvinout indikátory rozložitelnosti a prediktivní modely, které lze použít k lepšímu předvídání osudu uhlíku v rozmrzajícím permafrostu.
Výzkum v Argonne se zaměří na terén v celé severní permafrostové oblasti, která kromě tundry zahrnuje i křoviny, boreální lesy a rašeliniště pod polárním kruhem. „Naším úkolem je zkoumat jak množství uhlíku, tak jeho potenciální rozložitelnost. Výzkumníci v oblasti permafrostu se nyní domnívají, že v těchto oblastech je podstatně více uhlíku, než si většina lidí dříve myslela, ale stále máme jen velmi hrubé odhady.“
Úsilí v Argonne nakonec podpoří cíl DOE vyvinout klimatické modely, které budou schopny lépe předpovídat dopady na různé biomy. Pochopení dlouhodobého chování suchozemských ekosystémů vyžaduje komplexnější představu o různých faktorech, které řídí koloběh uhlíku mezi půdou a atmosférou v různých oblastech. „Často se setkáváme s otázkou, zda jsou špatně naše měření, nebo naše modely, a obvykle je to něco z obojího,“ řekl Jastrow.
Studie v Argonne poskytnou cenná „terénní“ data potřebná k testování a zlepšování modelů koloběhu uhlíku vyvíjených pro oblasti věčně zmrzlé půdy. Budoucí výzkum bude zahrnovat odběr vzorků z více lokalit, zejména v nížinných oblastech, které jsou vlhčí a hůře přístupné, protože DOE pokračuje ve svém úsilí o propojení modelů uhlíku s klimatickými modely.