Nagła zmiana klimatu: Rozpad wiecznej zmarzliny rozpoczął się ponad 70 lat wcześniej, niż przewidywał to raport zespołu ONZ

Sformułowana przez autorów raportu Międzyrządowego Zespołu ds. Zmiany Klimatu (IPCC) konkluzja, że cywilizacja przemysłowa ma czas do 2030 r., by podjąć działania mające zapobiec przekroczeniu planetarnych punktów krytycznych, wprowadza opinię publiczną w błąd. Od 2013 r. Czytelnicy bloga wiedzą, że dodatnie sprzężenia zwrotne klimatu zostały już uruchomione. Jednym z nich jest „bomba zmarzlinowa”. Ziemia znajduje się w fazie przeobrażeń wykładniczych. Tego faktu nie zmieni żaden system wyparcia.

Artykuł Live Science.

W Arktyce kanadyjskiej warstwy wiecznej zmarzliny, które według ekspertów miały pozostać w stanie zamrożenia co najmniej przez kolejne 70 lat, zaczęły już topnieć. Powierzchnia zapada się i jest usiana małymi zbiornikami wody – na zdjęciach satelitarnych przypomina ser szwajcarski. Byliśmy oszołomieni, że system tak szybko zareagował na wyższe temperatury powietrza, przyznaje Louise Farquharson, doktorantka z Laboratorium Permafrostu przy Uniwersytecie Alaski w Fairbanks. Marzłoć trwała pokrywa około 15% półkuli północnej i odgrywa kluczową rolę w przenoszeniu węgla z żywych organizmów do atmosfery, wyjaśnia Farquharson.

W latach 2003–2016 międzynarodowy zespół naukowców monitorował zmienne środowiskowe na trzech wyspach w Arktyce kanadyjskiej. Zebrane dane zanalizował w badaniu, które opublikowano 10 czerwca 2019 r. w Geophysical Research Letters. Autorzy odnotowali rozpad podziemnych zlodowaceń na głębokościach, które Międzyrządowy Zespół ds. Zmiany Klimatu (IPCC) prognozował na 2090 r., wykorzystując swoje umiarkowane (!) modele wzrostu średniej temperatury Ziemi. IPCC to organ Organizacji Narodów Zjednoczonych, który opracowuje raporty naukowe mające pomagać krajom w prowadzeniu właściwej polityki klimatycznej.

Uniwersytet Alaski w Fairbanks

Zdaniem badaczy do ekstremalnie szybkiego i głębokiego rozmrażania przyczyniły się rekordowe letnie temperatury, niski poziom roślinności izolującej i obecność lodu tuż przy powierzchni gruntu. Najbardziej uderzające dowody są widoczne gołym okiem. Gdy górne warstwy wiecznej zmarzliny topnieją, wówczas następuje nierówne osiadanie ziemi, które tworzy tzw. topografię termokrasu. Krajobrazy w Arktyce kanadyjskiej, zdominowane wcześniej przez łagodne wzniesienia, są teraz pokryte dołami i małymi stawami. Na przykład w wysuniętym najbardziej na północ punkcie obserwacyjnym teren obniżył się o około 90 centymetrów. Kiedy zaczęliśmy monitoring, mieliśmy płaski teren, wspomina Farquharson. Przez 10 lat byliśmy świadkami transformacji krajobrazu. Dane pozwoliły naukowcom zinterpretować zmiany topograficzne zachodzące na ich oczach. Udało się im powiązać temperaturę powietrza i temperaturę gruntu z powstawaniem terenu termokrasowego.

Topnienie wywołane coraz wyższymi temperaturami powietrza przyspiesza zmianę klimatu – stanowi dodatnie sprzężenie zwrotne. Wieczna zmarzlina jest jak gigantyczna zamrażarka z mnóstwem materiału roślinnego i organicznego, który nie jest rozkładany przez mikroby, mówi Farquharson. Rozmrażanie otwiera drzwi zamrażarki i pozwala mikrobom zamieniać ten materiał w CO2. Przeobrażając fizyczny skład krajobrazu, termokras wpływa również na lokalne ekosystemy i drogi wodne – zaburza obieg składników odżywczych, stymuluje wzrost roślin oraz sedymentację strumieni i systemów przybrzeżnych.

Farquharson i jej zespół zgaduje (!), że około 600 000 kilometrów kwadratowych permafrostu, czyli około 5,5% strefy podziemnych zlodowaceń, jest podatne na szybką dezintegrację.

Zakładano, że proces topnienia wiecznej zmarzliny arktycznej będzie przebiegał stopniowo, zaś ludzkość zdoła na czas zredukować emisje dwutlenku węgla, aby zapobiec powstaniu samonapędzającego się, błędnego koła topnienia lodu i ocieplania planety. Niestety, badanie opublikowane 3 lutego 2020 r. w Nature Geoscience stwierdziło, iż prognozy dotyczące ilości węgla uwalnianej poprzez powolne i równomierne rozmrażanie podłoża Arktyki pomijają zjawisko nagłego rozpadu skutej lodem gleby, które czasem następuje w ciągu kilku dni. Obejmie ono nawet 20% wiecznej marzłoci i wyemituje o ∼50% więcej gazów cieplarnianych, niż prognozowano. Zmarzlina zawiera skały, glebę, piasek i czysty lód. Zalegająca w niej obfitość węgla to pozostałość po życiu, które kiedyś kwitło na dalekiej północy. Ta materia – szczątki roślin i zwierząt, a także drobnoustroje – nigdy nie uległa całkowitemu rozkładowi i była zamrożona przez wiele tysięcy lat. Marzłoć rozciąga się na obszarze o łącznej powierzchni Kanady i Stanów Zjednoczonych (∼20 milionów kilometrów kwadratowych) – zawiera ∼1500 miliardów ton węgla, czyli dwa razy więcej niż obecne jego koncentracje atmosferyczne i trzy razy więcej niż całkowita jego ilość wyemitowana od początku industrializacji. Obecne modele klimatyczne nie uwzględniają możliwości szybkiej dezintegracji wiecznej zmarzliny oraz emisji gazów, która będzie jej następstwem. Nagłe rozmrażanie jest szybkie i dramatyczne, powiedziała Merritt Turetsky, główny autor pracy badawczej i kierownik Instytutu Badań Arktycznych i Alpejskich w Boulder. Lasy stają się jeziorami w ciągu miesiąca, osuwiska tworzą się bez ostrzeżenia, a niewidzialne wycieki metanu połykają skutery, dodała uczona.

Naukowcy NASA przeprowadzający Eksperyment Arktycznej Wrażliwości Borealnej (Arctic Boreal Vulnerability Experiment – AboVE) wykorzystali w 2017 r. samoloty wyposażone w nowej generacji spektrometr, aby w podczerwieni zobrazować 30 000 kilometrów kwadratowych arktycznego krajobrazu. Wysoce wyspecjalizowany przyrząd nie zawiódł. Wykryliśmy 2 miliony aktywnych wyrzutów metanu, którego koncentracje przekraczały 3 000 części na milion, powiedział Clayton Elder z Laboratorium Napędu Odrzutowego w Pasadenie, główny autor badania opublikowanego 10 lutego 2020 r. w Geophysical Research Letters. Od czasu przeprowadzonych obserwacji sytuacja ulega dalszemu pogorszeniu: w 2018 r. i 2019 r. Arktyka ponownie doświadczyła rekordowych temperatur zarówno zimą, jak i latem.

Naukowcy z Instytutu Nauki i Technologii w Skolkowo, Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego im. M.W. Łomonosowa oraz Uniwersytetu Stanu Floryda przeprowadzili pierwsze w historii badania materii organicznej zalegającej głęboko w warstwach wiecznej zmarzliny w dorzeczu Kołymy w Syberii Wschodniej. Dzięki próbkom z dwóch osadów geologicznych pobranym na głębokości 3–15 metrów udało się zanalizować strukturę molekularną gleby za pomocą spektrometrii mas. Eksperymenty wykazały, iż rozmrażanie permafrostu wytwarza bogatą materię organiczną, która poddaje się rozkładowi mikrobiologicznemu. Oznacza to, że proces spowoduje potężne emisje gazów cieplarnianych i przyspieszy ogrzanie Ziemi. Dr Alexander Zherbeker ze Skoltechu, chemik i jeden z autorów pracy badawczej opublikowanej 9 lipca 2019 r. w Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, podkreślił znaczenie nowego odkrycia: Przyjrzeliśmy się najlepiej zachowanym pokładom węgla z plejstocenu i holocenu, które uległy tylko częściowemu przekształceniu w trakcie okresów topienia; składa się na nie 2% materii organicznej i 90% lodu. Wykryliśmy składniki, które uległy największej zmianie oraz te, które są najbardziej podatne na działanie mikroorganizmów. Okazało się, że składniki biodegradowalne są obecne zarówno na dużych głębokościach, jak i bardzo blisko powierzchni wiecznej marzłoci. Zgodnie z naszymi projekcjami region arktyczny już wkrótce wywrze znaczący wpływ na globalne ocieplenie.

Badanie zamieszczone 20 lipca 2020 r. w Nature Geoscience ujawniło, że obecne i przyszłe emisje dwutlenku węgla (CO2) z wiecznej zmarzliny zostały zaniżone o kilkadziesiąt miliardów ton, ponieważ w szacunkach nie uwzględniono roli, jaką w metabolizmie mikroorganizmów i uwalnianiu węgla odgrywają korzenie roślin. Uczeni z Uniwersytetu Umea przyjrzeli się procesowi zwanemu efektem pobudzającym, który występuje wówczas, gdy korzenie przyspieszają aktywność mikrobów glebowych. Według bardzo ostrożnych projekcji do końca stulecia zjawisko wprowadzi do atmosfery co najmniej 40 miliardów ton CO2. Korzenie karmią mikroorganizmy cukrem wykorzystywanym m.in. do dekompozycji większej ilości materii organicznej. Okazuje się, iż oddychanie mikrobiologiczne gleby zostaje w ten sposób przyspieszone aż o 12%. O efekcie wiedzieliśmy od lat 50. XX w., ale nie mieliśmy pojęcia, że ta interakcja ekologiczna o niewielkiej skali wywiera znaczący wpływ na globalny obieg węgla, wyjaśniła współautorka analizy Frida Keuper z francuskiego Państwowego Instytutu Badawczego ds. Rolnictwa, Żywności i Środowiska.

Rosnące temperatury Arktyki uwalniają do atmosfery węgiel zmagazynowany pod wieczną zmarzliną. Proces już się rozpoczął, powiedział 22 kwietnia 2019 r. Thomas Crowther, pracownik Wydziału Nauk o Systemach Środowiskowych Politechniki Federalnej w Zurichu (ETH). Dodatnie sprzężenia zwrotne są w toku. Raporty Międzyrządowego Zespołu ds. Zmiany Klimatu (IPCC) są zbyt optymistyczne (sic!), bo nie uwzględniają aktywnych sprzężeń, dodał uczony.

W Arktyce aktywne jest nieznane dotychczas i znaczące źródło emisji węgla. Wywiera ono wpływ na lokalne ekosystemy przybrzeżne i zmianę klimatu. Naukowcy z Zakładu Nauk Morskich (Uniwersytet Teksański w Austin), Szkoły Nauk o Ziemi (Uniwersytet Teksański w Austin) i Służby Dzikiej Przyrody USA donieśli o niewykrytych koncentracjach rozpuszczonej materii organicznej trafiającej do arktycznych wód przybrzeżnych. Pochodzi ona z przepływów wód gruntowych na wiecznej zmarzlinie. Przemieszczając się z lądu do morza w praktycznie niezauważalny sposób, woda przenosi znaczne stężenia węgla i innych składników odżywczych do przybrzeżnych sieci pokarmowych. Chemicy wodni i hydrologowie opublikowali swoje odkrycie 21 marca 2020 r. w Nature Communications. Myślę, że większość ludzi zdaje sobie sprawę, jak szybko i dramatycznie zmienia się Arktyka, powiedział Robert Spencer, główny autor badania. Mniejsza jest świadomość na temat poważnych luk w naszej wiedzy.

Od kilku lat Arktyka ociepla się prawie cztery razy szybciej od reszty świata, a jej gleba zawiera dwukrotnie więcej dwutlenku węgla niż atmosfera. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego – opublikowane 30 czerwca 2020 r. w Global Change Biology – odkryło, że woda z wiosennych roztopów infiltruje podłoże i uruchamia produkcję świeżego CO2 znacznie szybciej, niż sądzono. Oznacza to, iż oprócz topniejącej wiecznej zmarzliny istnieje dodatkowe źródło węgla. Takiego spotęgowania ocieplenia nie uwzględniają w pełni obecne techniki pomiarowe. Zimna pora roku stanowi składową rocznego bilansu węglowego, ale zakładano dotychczas, że jej wpływ na produkcję węgla jest znikomy. Analizując próbki gleby, uczeni odkryli, że podczas wiosennej odwilży kieszenie powietrzne pozwoliły głęboko wniknąć śniegowi bogatemu w tlen, który uczestniczy w procesie generowania dwutlenku węgla. Topnienie to odpowiada za prawie połowę emisji CO2, co jest ilościowym odpowiednikiem letniej absorpcji tego gazu przez roślinność bieguna północnego. Do tej pory dane te nie były dostępne, lecz teraz wiemy, że ekosystemy arktyczne ocieplają się błyskawicznie, powiedział dr Kyle Arndt, współautor analizy. Chociaż wiele modeli przewiduje, iż Arktyka zamieni się w źródło CO2 netto, to szacunki zaniżają jego wielkość, gdyż pomijają opisany przez nas proces zachodzący wczesną wiosną, dodał uczony.

Autorzy badania opublikowanego 3 kwietnia 2019 r. w Science Advances zdołali odtworzyć cechy naturalnej zmienności klimatu z ostatnich 3 milionów lat za pomocą efektywnego modelu systemu Ziemi o pośredniej złożoności. Uzyskany wynik pokazał, że system Ziemi wykazuje silną wrażliwość na niewielkie zmiany w koncentracjach atmosferycznego dwutlenku węgla. Według ostrożnych obliczeń Narodowej Służby Oceanicznej i Meteorologicznej USA (NOAA) łączne koncentracje gazów cieplarnianych na początku 2019 r. wynosiły co najmniej ~500 ppm CO2 (bardziej dokładne wyliczenia, uwzględniające podtlenek azotu [N2O], dają wynik 560 ppm CO2).

Specjaliści z Instytutu Technologicznego Massachusetts (MIT) dowiedzieli się, że 400 000 lat temu wieczna zmarzlina stała się mniej podatna na rozmrażanie. W konsekwencji zawiera więcej węgla, niż szacowano. To bardzo zła wiadomość dla planetarnego życia, z ludźmi włącznie. Stabilność ostatnich 400 000 lat może faktycznie działać na naszą niekorzyść, ponieważ pozwoliła w tym czasie na zgromadzenie ogromnych ilości węgla. Obecne topnienie może doprowadzić do znacznie większych emisji węgla do atmosfery niż w przeszłości. – zauważył prof. David McGee, współautor dochodzenia naukowego. Na podstawie osadów jaskiniowych zlokalizowanych w zachodniej Kanadzie uczeni zrekonstruowali historię permafrostu obejmującą ostatnie 1,5 miliona lat. Przez ponad milion lat podziemne zlodowacenia tajały nawet na wysokich szerokościach geograficznych Arktyki. Jednakże w ciągu minionych 400 000 lat przeszły w bardziej stabilny stan, a ich topnienie ograniczało się do regionów subarktycznych. Dopiero silnik cieplny cywilizacji przemysłowej uruchomił proces, który uwolni większość skumulowanego węgla. [28 kwietnia 2021 r., Science Advances]

Gdy podtlenek azotu – in. tlenek diazotu (N2O) – trafia do atmosfery, na przestrzeni 100 lat ociepla ją 298 razy silniej niż dwutlenek węgla. Ponadto gaz ten niszczy warstwę ozonową. Niedawne raporty alarmowały o nasilających się jego emisjach z gleb rolniczych i oceanów. Teraz naukowcy z Uniwersytetu Finlandii Wschodniej odkryli, że ilości podtlenku azotu wydobywające się z wiecznej zmarzliny o nazwie jedoma również rosną szybciej, niż oczekiwano. Jedoma mieści w sobie mnóstwo materiału organicznego i pokrywa ponad 1 milion kilometrów kwadratowych na Syberii, Alasce i w Kanadzie. Wcześniej błędnie zakładano, iż obieg azotu w tej zmrożonej glebie odbywa się niespiesznie i do „ucieczki” N2O nie dojdzie. Dla potrzeb nowej analizy zmierzono kumulację tlenku diazotu wzdłuż rzek Lena i Kołyma na Syberii Wschodniej. Zespół badawczy stwierdził, że ulegająca dezintegracji jedoma początkowo emitowała niewiele N2O, ale po kilku sezonach nastąpiło drastyczne odwrócenie tendencji. Permafrost zaczął uwalniać od 10 do 100 razy więcej podtlenku azotu. Udało się zidentyfikować mechanizm tego szokującego wzrostu. Gdy po stopnieniu osady wysychają i stabilizują się, następuje przeobrażenie żyjących w nich społeczności mikrobiologicznych. Populacja drobnoustrojów, które wytwarzają tlenek diazotu, przeżywa eksplozję, z kolei liczba mikrobów konsumujących ten gaz doświadcza raptownego spadku. [Nature Communications, 7 grudnia 2021 r.]

Wpisy powiązane tematycznie.


Jeśli jest Pani/Pan subskrybentem/stałym czytelnikiem bloga i uznaje moją pracę za wartościową i zasługującą na symboliczne wsparcie, proszę rozważyć możliwość zostania moim Patronem już za 5 zł miesięcznie. Dziękuję.

Tłum. exignorant

Ten wpis został opublikowany w kategorii Klimat. Dodaj zakładkę do bezpośredniego odnośnika.