Le emissioni irreversibili di un punto di non ritorno del permafrost

Le emissioni irreversibili di un punto di non ritorno del permafrost

Paesaggio Thermokarst. Credito: A. Balser: attraversando vaste aree dell'emisfero settentrionale, il terreno ghiacciato contiene miliardi di tonnellate di carbonio.

Con l'aumentare della temperatura globale, questa terra "permafrost" è a rischio crescente di scongelamento, rilasciando potenzialmente il suo carbonio di lunga data nell'atmosfera.

Il disgelo improvviso del permafrost è uno dei "punti di non ritorno" più discussi che potrebbero essere attraversati in un mondo in fase di riscaldamento. Tuttavia, ricerca suggerisce che, mentre questo scongelamento è già in atto, può essere rallentato con la mitigazione dei cambiamenti climatici.

Punti di non ritorno

Questo articolo fa parte di una serie speciale di una settimana sui "punti di non ritorno", in cui un clima che cambia potrebbe spingere parti del sistema Terra in cambiamenti improvvisi o irreversibili

Tuttavia, ciò che è irreversibile è la fuga del carbonio che è stato - e viene - emesso. Il carbonio rilasciato dal permafrost entra nell'atmosfera e rimane lì, esacerbando il riscaldamento globale.

In breve, ciò che accade nell'Artico non rimane nell'Artico.

Permafrost e clima globale

Il permafrost è un terreno che è stato congelato per almeno due anni consecutivi. Il suo spessore varia da meno di un metro a più di un chilometro. In genere, si trova sotto uno "strato attivo" che si scongela e si rigenera ogni anno.

Un clima caldo mette a rischio questo terreno perennemente ghiacciato. Quando le temperature aumentano, il permafrost si scioglie - non si scioglie.

C'è una semplice analogia: confronta cosa succede a un cubetto di ghiaccio e un pollo congelato quando vengono portati fuori dal congelatore. A temperatura ambiente, il primo si sarà sciolto, lasciando una piccola pozza d'acqua, ma il pollo si sarà scongelato, lasciando un pollo crudo. Alla fine, quel pollo inizierà a decomporsi.

Questo è esattamente ciò che accade al permafrost quando le temperature aumentano. Un quarto della massa terrestre dell'emisfero settentrionale è sostenuto dal permafrost, che agisce come il gigantesco congelatore della Terra e mantiene enormi quantità di materia organica congelata.

Le emissioni irreversibili di un punto di non ritorno del permafrost Mappa globale del permafrost, Associazione Internazionale Permafrost. Credito: Brown, J., OJ Ferrians, Jr., JA Heginbottom e ES Melnikov, eds. 1997. Mappa Circum-Artica delle condizioni di permafrost e ghiaccio di fondo. Washington, DC: US ​​Geological Survey in collaborazione con il Circum-Pacific Council for Energy and Mineral Resources. Circum-Pacific Map Series CP-45, scala 1: 10,000,000, 1 foglio.

Questo materiale organico include i resti di piante morte, animali e microbi che si sono accumulati nel terreno e sono stati congelati nel permafrost migliaia di anni fa.

Le emissioni irreversibili di un punto di non ritorno del permafrost Permafrost tra cui ossa antiche (immagine a sinistra) e materiale organico (immagine a destra) nel tunnel Permafrost vicino a Fox, in Alaska. Credito: C. Schädel

Le temperature artiche sono aumentate di più due volte più veloce come media globale. Ciò ha causato il disgelo del permafrost in molte località e ha innescato i microbi appena risvegliati per decomporre il materiale organico rilasciando in tal modo CO2 o metano nell'atmosfera.

Entrambi i gas sono gas serra, ma il metano è 28-36 volte più potente della CO2 nell'arco di un secolo. Tuttavia, c'è più CO2 del metano nell'atmosfera e il metano viene ossidato in CO2 su scale temporali di circa un decennio. Quindi, è il cambiamento nella concentrazione atmosferica di CO2 che conta davvero per i cambiamenti climatici a lungo termine.

Rilascio di carbonio dal permafrost

Quindi, quale ruolo avrà il permafrost nelle future emissioni di carbonio? E c'è un punto critico che potrebbe innescare un rapido disgelo?

Stima degli scienziati che vi è circa il doppio del carbonio immagazzinato nel permafrost che circola nell'atmosfera. Si tratta di circa 1460 miliardi di 1600 miliardi di tonnellate di carbonio.

Gran parte di esso è attualmente congelato e conservato, ma se anche una piccola frazione venisse rilasciata nell'atmosfera, le emissioni sarebbero probabilmente grandi - potenzialmente simili in termini di magnitudo al rilascio di carbonio da altri flussi ambientali, come la deforestazione.

Questo sarebbe ancora circa uno Ordine di magnitudine inferiore alle emissioni derivanti dalla combustione di combustibili fossili entro la fine di questo secolo. Tuttavia, ogni ulteriore molecola di CO2 o metano aggiunta all'atmosfera accelera il cambiamento climatico e influenza l'intero pianeta e il suo clima.

Le emissioni irreversibili di un punto di non ritorno del permafrostPermafrost collassante con grande volume di ghiaccio. Credito: A. Balser

Alla nostra attuale conoscenza, Il rilascio di carbonio dal permafrost è un processo graduale e prolungato che aggiunge continuamente carbonio all'atmosfera, rafforzando ulteriormente il riscaldamento.

Una volta che la materia organica all'interno del permafrost si decompone e rilascia CO2 e metano, non è più possibile recuperarla. In questo senso, il disgelo del permafrost è irreversibile, soddisfacendo una delle condizioni della definizione di un punto critico.

Però, recente ricerca suggerisce che se l'aumento della temperatura dovesse rallentare e arrestarsi, anche il disgelo del permafrost rallenterebbe - e potenzialmente fermare, quindi, limitare ulteriori emissioni. Tuttavia, ciò richiederebbe del tempo. Il disgelo del permafrost è un po 'come un pesante treno merci: una volta in movimento, non può essere fermato immediatamente. E anche dopo aver messo i freni, continuerà a girare in avanti per un po '. Research - Ricerca suggerisce che le emissioni potrebbero continuare per decenni o secoli anche dopo che il disgelo del permafrost è rallentato.

Ciò suggerisce che il permafrost nel suo insieme non si sarà spostato in uno stato completamente nuovo, come nel caso di alcuni punti di non ritorno, come lo scioglimento della calotta glaciale della Groenlandia. Di conseguenza, sarebbe possibile prevenire ulteriori emissioni se si dovesse arrestare il riscaldamento globale.

Ma, come stanno le cose, il disgelo del permafrost ha già osservato in molte località dell'Artico. E come il recente relazione speciale sull'oceano e sulla criosfera dal Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC) sottolinea che il riscaldamento di questo secolo causerà emissioni sostanziali di permafrost:

“Entro il 2100, l'area del permafrost vicino alla superficie diminuirà del 2-66% per RCP2.6 e il 30–99% per RCP8.5. Ciò potrebbe rilasciare nell'atmosfera 10-100 gigatonnellate di carbonio come CO2 e metano per RCP8.5, con il potenziale per accelerare i cambiamenti climatici ".

Come aggiungere certezza al rilascio di carbonio permafrost

Il contributo finale del carbonio permafrost ai cambiamenti climatici dipende da una varietà di fattori: la quantità di carbonio che uscirà come CO2 o metano, per esempio, e in che modo piante e alberi possono compensare parte del rilascio di carbonio aggiuntivo.

La degradazione del permafrost può verificarsi come graduale disgelo dall'alto verso il basso o come crollo improvviso del terreno di scongelamento. Entrambi i processi rilasciano carbonio nell'atmosfera. Il disgelo graduale dall'alto verso il basso è il risultato di temperature dell'aria più calde che causano il disgelo del suolo dall'alto verso il basso, mentre il disgelo improvviso si verifica all'improvviso e in modo imprevedibile.

Il permafrost può contenere fino all'80% di ghiaccio. Se il ghiaccio si scioglie - ricorda che il ghiaccio si scioglie anche se il terreno non lo fa - il terreno improvvisamente collassa e gli strati profondi vengono esposti alla temperatura dell'aria.

Il crollo del terreno può lasciare il paesaggio contrassegnato da "termocarsismo"Laghi, pieni di acqua di fusione, pioggia e neve. Queste condizioni umide possono favorire il rilascio del più potente gas metano ad effetto serra.

Negli altopiani, il drenaggio naturale crea condizioni di terreno più asciutto dopo lo scongelamento del permafrost, accelerando così la decomposizione della materia organica e rilasciando grandi quantità di CO2. L'impatto finale di il rilascio di carbonio dal permafrost sarà più forte quando una percentuale maggiore della zona di permafrost si asciuga dopo il disgelo.

Quale frazione del paesaggio diventerà più umida o più asciutta dopo lo scongelamento dipende dalla distribuzione del ghiaccio macinato, ma le attuali misurazioni del ghiaccio sono solo sporadiche e una migliore copertura spaziale e misurazioni più aggiornate sono urgentemente necessari.

Un altro fattore importante nel bilancio del carbonio della zona permafrost è l'assorbimento di carbonio da parte delle piante. La domanda è: quanta emissione di carbonio dallo scongelamento del permafrost può essere compensata da una maggiore crescita delle piante? Le piante assorbono il carbonio dall'atmosfera e lo usano per crescere e mantenere il loro metabolismo.

Condizioni più calde nell'Artico e tutti i suoi cambiamenti associati stimolare la crescita delle piante, il che significa che parte del carbonio aggiunto all'atmosfera dallo scongelamento del permafrost è assorbito dalla spinta alla crescita delle piante. Ma non è chiaro quanto carbonio sarà compensato dalle piante e non è chiaro quanto sia sostenuto questo processo.

Il miglioramento delle proiezioni dei modelli di rilascio di carbonio permafrost è cruciale nel determinare l'impatto complessivo dello scongelamento del permafrost sul clima globale. Risultati recenti dall'Artico canadese mostra che il disgelo del permafrost sta avvenendo molto prima di quanto gli scienziati si aspettassero date le attuali proiezioni del modello.

Per il momento, i modelli rappresentano solo un disgelo graduale dall'alto verso il basso, ma stime recenti mostra che il disgelo improvviso e il collasso del suolo potrebbero raddoppiare il rilascio di carbonio dal permafrost. Una cosa è chiara: meno temperature aumentano nell'Artico, più permafrost rimarrà congelato e la più carbonio rimarrà rinchiuso nel permafrost.

Idrati di metano

Spesso menzionato nello stesso respiro del disgelo del permafrost c'è il potenziale pericolo associato alla rottura di idrati di metano, noto anche come "clathrates". Questo è "ghiaccio" di metano che si forma a basse temperature e alte pressioni nei sedimenti marini del margine continentale o all'interno e sotto il permafrost.

Di particolare preoccupazione sono gli idrati di metano immagazzinati sotto la piattaforma artica della Siberia orientale (ESAS), una regione costiera poco profonda a nord della Russia. Studi hanno suggerito che lo scongelamento del permafrost sta rilasciando questo metano, lasciandolo fuoriuscire dall'acqua di mare. Questo ha portato a ricerca avvertendo che la fuga di grandi quantità di metano potrebbe avere "conseguenze catastrofiche per il sistema climatico" e i media di una "bomba a tempo di metano" incombente.

Le emissioni irreversibili di un punto di non ritorno del permafrost

In conversazione con Dott. Carolyn Ruppel, capo scienziato per il Progetto di idrati di gas degli USA Geological Survey, mi dice che il metano idrata intrappola circa un sesto del carbonio metano della Terra e che alcuni depositi potrebbe, infatti, essere degradante ora mentre il clima si riscalda. Ma lei dice:

"Se il metano rilasciato durante la degradazione dell'idrato gassoso raggiungesse l'oceano, sarebbe per lo più consumato dai batteri nella colonna d'acqua e non raggiungerebbe l'atmosfera. Nelle aree di permafrost, il degrado dell'idrato gassoso è di solito profondamente sepolto, quindi il disgelo del permafrost è il contributo più importante alle emissioni di gas serra.

Mentre "potrebbe esserci una sostanziale fuoriuscita di metano dalle piattaforme continentali dell'Artico nelle aree di scongelamento del permafrost sottomarino", afferma Ruppel, "studi hanno dimostrato che i tassi di flusso sono probabilmente sopravvalutati e che la fonte più probabile del metano che perde non è lo scongelamento degli idrati di gas ”. Lei aggiunge:

"Gli idrati associati al permafrost non sono così diffusi e spesso si verificano più in profondità delle fonti di metano più superficiali che possono penetrare più facilmente nell'atmosfera".

Quindi, le ultime ricerche suggeriscono che a bomba a metano dallo scongelamento gli idrati non è all'orizzonte. Tuttavia, per il permafrost, la scienza mostra che il disgelo è già in atto e che il carbonio che sta rilasciando contribuirà già al nostro clima di riscaldamento.

Circa l'autore

La dott.ssa Christina Schädel, assistente professore di ricerca presso il Center for Ecosystem Science and Society presso la Northern Arizona University. È inoltre coordinatrice principale della rete Permafrost Carbon, un programma di ricerca basato sulla sintesi di dati e co-leader del team di collaborazione Permafrost dell'Interagency Arctic Research Policy (IARPC).

Questo articolo è originariamente apparso su Carbon Brief

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