Az üvegházhatású gázok jelentős forrása kezdett el szivárogni a Föld légkörébe egy valószínűtlen helyről. Az Északi-sarkkör fölött a több tízezer éve fagyott szárazföld először kezdett el olvadni. A jelenlegi becslések szerint az örökké fagyott talaj, az úgynevezett permafroszt, több mint kétszer annyi szenet tartalmaz, mint a mai légkörben. A permafroszt felolvadásával ebből a tárolt szénből hatalmas mennyiség szabadulhat fel szén-dioxid vagy metángáz formájában.
A mérsékeltebb éghajlatú környezetben az elhalt növényi anyagokban lévő szén nagy része viszonylag gyorsan visszajut a légkörbe a szerves anyagokat lebontó mikrobák tevékenységének köszönhetően. Az elhalt növények maradványai azonban évezredeken át felhalmozódtak a permafroszt talajában és üledékeiben olyan régiókban, mint Alaszka és Szibéria északi lejtője.
“Ha a szerves anyag egyszer beépül a permafrosztba, akkor nagyjából kikerül a rendszerből. Olyan, mintha az élelmiszert a fagyasztóban tartanánk – a lebomlás sebessége drámaian lelassul” – mondta Julie Jastrow, az amerikai Energiaügyi Minisztérium (DOE) Argonne Nemzeti Laboratóriumának ökológusa.
“Amíg a talaj vagy az üledék fagyott marad, nagyon kevés mikrobiális tevékenység van a szerves anyag lebontására” – tette hozzá Jastrow. “Amint azonban a talaj elkezd olvadni, a mikrobiális aktivitás megnő, és ahogy a mikrobák a szerves anyagokkal táplálkoznak, a szén egy része a légkörbe kerül. Aggodalomra ad okot, hogy az üvegházhatású gázok e hozzáadott forrása felgyorsítja a felmelegedési folyamatot, ami még több permafroszt felolvadásához vezet.”
A sarkvidéki tundrához kapcsolódó fagyási-olvadási ciklusok a krioturbációnak nevezett jelenséget idézik elő, amelynek során a talaj felső rétegei összecsiszolódnak az alsóbb rétegekkel. Jastrow szerint évezredekkel ezelőtt ez a folyamat az elhalt növényeket az üledéken keresztül lefelé szállította a permafrosztba, mielőtt lebomolhattak volna.
“A probléma az, hogy rengeteg viszonylag könnyen lebomló szén van eltemetve odalent, de a fagyott állapot védi őket. Ha felolvad, és a mikrobák hatnak rá, akkor – akárcsak a fosszilis tüzelőanyagok elégetésekor – olyan szén szabadul fel, amely már hosszú ideje kikerült a globális körforgásból, és nem igazán lehet visszahelyezni oda, ahonnan származik. Amit még nem tudunk, hogy ebből az ősi szénből mennyi fog felszabadulni, milyen gyorsan, és milyen formában – szén-dioxid vagy metán?” – mondta.
Az éghajlatváltozás miatt aggódó kutatók és döntéshozók számára a permafroszt felolvadásának egyik különösen aggasztó aspektusa az, hogy ezek a talajok és üledékek jellemzően nagy mennyiségű jeget tartalmaznak. Ha az olvadó jégből származó víz elfolyik, a szén-dioxid-kibocsátás nagyrészt szén-dioxid lesz. A rossz vízelvezetésű területeken azonban a víz felhalmozódik, és jelentős mennyiségű metán kerülhet kibocsátásra. Ha a szén metán formájában szabadul fel, egy évszázad alatt 25-ször akkora felmelegedést okoz, mintha szén-dioxid formájában szabadulna fel.
Jastrow és kollégái az Argonne és az Alaska-Fairbanks Egyetemről mintákat vettek permafroszt talajból Alaszka északi lejtőjén, a Brooks Range és a Prudhoe-öböl között. A kutatók a permafroszt talajokban lévő szén és ásványi anyagok kémiai formáinak alapos vizsgálatával, valamint a szénnel táplálkozó mikrobák viselkedésének megfigyelésével, amint ezeket a talajokat különböző vízelvezetési körülmények között lassan felmelegítik, olyan lebomlási mutatók és előrejelző modellek kidolgozását tervezik, amelyek segítségével jobban megjósolható a szén sorsa az olvadó permafrosztban.
Az argonne-i kutatás az egész északi permafroszt régió terepére összpontosít, amely a tundrán kívül a sarkkör alatti bozótosokat, boreális erdőket és tőzeglápokat is magában foglalja. “Feladatunk az, hogy megvizsgáljuk mind a szén mennyiségét, mind a potenciális lebonthatóságát. A permafrosztkutatók ma már úgy vélik, hogy ezekben a régiókban lényegesen több szén található, mint azt a legtöbben korábban gondolták, de még mindig csak nagyon durva becslésekkel rendelkezünk” – mondta.”
Az Argonne erőfeszítései végső soron a DOE azon célját támogatják, hogy olyan éghajlati modelleket fejlesszenek ki, amelyek jobban előre jelzik a különböző biomokra gyakorolt hatásokat. A szárazföldi ökoszisztémák hosszú távú viselkedésének megértéséhez átfogóbb képet kell alkotni azokról a különböző tényezőkről, amelyek szabályozzák a szén körforgását a föld és a légkör között a különböző régiókban. “Gyakran szembesülünk azzal a kérdéssel, hogy a méréseink vagy a modelljeink tévednek-e, és általában mindkettőből van valami” – mondta Jastrow.
Az Argonne tanulmányok értékes adatokat szolgáltatnak majd a permafroszt régiókra kidolgozott szénciklus-modellek teszteléséhez és javításához. A jövőbeni kutatások több helyszín mintavételezését foglalják magukban, különösen a nedvesebb és nehezebben hozzáférhető alföldi területeken, ahogy a DOE folytatja erőfeszítéseit a szén-dioxid-modellek és az éghajlati modellek összekapcsolására.