Hvorfor tøende permafrost i Sibirien udløser skjulte kulstofbomber i søer

Arktis opvarmes i et hidtil uset tempo

Under den vidtstrakte tundra foregår der i øjeblikket en usynlig, men voldsom forvandling. Jordlag, som har været bundfrosne i årtusinder, er langsomt ved at tø op og frigive gigantiske, forhistoriske kulstofreserver. Disse ældgamle organiske materialer, der før var låst fast i isen, strømmer nu ud i nydannede vandområder. Klimaforskere advarer nu kraftigt, da denne usynlige trussel har potentiale til at blive en af de mest kraftfulde drivkræfter bag den globale opvarmning.

Temperaturerne stiger markant hurtigere i de nordlige polarområder sammenlignet med resten af kloden. Nyere data afslører, at opvarmningen her sker tre til fire gange hurtigere end det globale gennemsnit. Denne drastiske temperaturstigning går især hårdt ud over permafrosten. Det er et unikt jordlag, som forbliver frossent i mindst to sammenhængende år, selvom store dele af det har været frosset konstant i uendelige tider.

Denne permanent frosne jord består dog af meget mere end blot sten og is. Den gemmer på enorme mængder af frosne planterester, rødder og andet biologisk materiale. Man kan betragte det som en gigantisk dybfryser fyldt med dødt organisk materiale, der holder på ufattelige mængder kulstof. Når denne naturlige fryser pludselig åbnes, udsættes det biologiske indhold for flydende vand, ilt og sultne mikroorganismer.

Optøningen får bogstaveligt talt landskabet til at kollapse. Der opstår dybe kratere og sprækker, som hurtigt fyldes med smeltevand. Disse nye vandområder, kendt som termokarst-søer, vokser ofte aggressivt og opsluger konstant nye, sammenstyrtende stykker af permafrosten.

Banebrydende forskning i hjertet af Sibirien

Et internationalt forskerhold rejste for nylig dybt ind i det centrale Jakutsk i det østlige Sibirien. De udvalgte et specifikt område, hvor permafrostlaget er usædvanligt tykt, og hvor landskabets forvandling sker for åbent tæppe. Gennem det specialiserede projekt PRISMARCTYC har forskerne kortlagt præcist, hvor meget kulstof der siver fra den tøende jord ud i søerne, og hvad der efterfølgende sker med det.

Under feltturen undersøgte de flere forskellige typer af vandområder:

Unge termokarst-søer, der blev dannet for under halvtreds år siden.
Ældgamle søer, som har eksisteret i årtusinder.
Gamle søer med nyligt kollapsede bredder, hvor permafrostens tilbagetog har forårsaget friske jordskred.

Forskerne indsamlede vandprøver fra alle disse lokationer for at granske både det opløste organiske kulstof og de faste, mikroskopiske partikler. Gennem avancerede kemiske analyser og isotopmålinger kunne de spore kulstoffets nøjagtige oprindelse. Målet var at fastslå, om materialet stammede fra den forhistoriske jord, eller om det var skabt naturligt i selve vandet af lokale alger.

Unge søer afslører ekstreme kulstofkoncentrationer

De indsamlede data leverede nogle yderst opsigtsvækkende resultater. I de alleryngste søer og dem med friske jordskred fandt eksperterne koncentrationer af opløst organisk kulstof, der nærmede sig hundrede milligram per liter. I naturlige økosystemer er sådanne værdier helt uhørte og ekstremt alarmerende.

Dybdegående undersøgelser viste, at op mod tre fjerdedele af dette opløste kulstof kom direkte fra den nedbrydende permafrost. Både molekylære strukturer og isotop-fingeraftryk beviste tydeligt, at vandet var fyldt med planterester, der havde været indkapslet i is i hundredvis eller tusindvis af år.

Når det gjaldt de faste partikler, viste billedet sig dog at være et helt andet. Størstedelen af den organiske masse, der svævede rundt i vandet, var faktisk produceret lokalt. Alger, mikrober og andre bittesmå organismer dannede selv dette kulstof ved hjælp af sollys og næringsstoffer. Tilførslen af faste partikler fra de sammenstyrtende bredder var overraskende nok meget mindre end søens egen interne produktion.

Ikke alt kulstof omdannes straks til gas

Det centrale spørgsmål for klimaforskere er umiddelbart ret simpelt: Hvor stor en del af dette frigivne kulstof bliver til farlige drivhusgasser? Vandets mikroorganismer nedbryder nemlig det organiske materiale og skaber derved både kuldioxid (CO₂) og metan (CH₄). Især CH₄ udgør en massiv trussel, da det på kort sigt opvarmer atmosfæren langt mere aggressivt end CO₂.

Selvom de nye feltdata bekræfter, at en vis mængde af det opløste kulstof fordamper som gasser og gør søerne til naturlige skorstene, der pumper ældgammelt kulstof op i luften, opdagede man også noget andet. Forskerne stødte nemlig på et yderst uventet fænomen i vandet.

En stor del af det ældgamle kulstof forsvinder faktisk ikke ud i luften med det samme. En betydelig andel forbliver stabilt opløst i vandmasserne, mens resten synker mod bunden. Her bliver det begravet dybt nede i mørkt mudder og sedimenter for en længere periode.

Optøningen skaber derfor en langt mere kompleks omfordeling af kulstoffet mellem jord, vand og luft, frem for blot en ren omdannelse til klimagasser. De arktiske søer fungerer således ikke kun som emissionskilder, men også som midlertidige biologiske lagre. Hvor længe materialet forbliver fanget der, afhænger fuldstændigt af fremtidens temperaturer, iltniveauer og landskabsændringer.

Hvorfor disse opdagelser er afgørende for klimamodeller

Traditionelle klimasimuleringer har i mange år fokuseret primært på verdens skove, oceaner og landbrugsarealer. Termokarst-søer har enten manglet tilstrækkelig opmærksomhed eller har været helt udeladt i de store beregninger. Disse nye gennembrud slår dog fast, at de nordlige vandområder spiller deres helt egen, yderst komplicerede rolle i det globale kulstofkredsløb.

Det aktuelle studie fremhæver en række kritiske pointer:

Nye søer og områder med kysterosion udsættes for massive chokbølger af kulstof.
Forholdet mellem fast og opløst kulstof varierer drastisk fra sø til sø.
Kilden til det biologiske materiale skifter afhængigt af den specifikke kulstoftype.
Enorme mængder ældgammelt kulstof bliver slet ikke til drivhusgasser, men gemmes væk på bunden af søerne.

For udviklerne af avancerede klimamodeller betyder det, at de nu skal indregne en enorm variation. Der findes ikke én standard arktisk sø, man bare kan trække en fast formel ned over. Der skal tages højde for mange forskellige udviklingsstadier og tidsrammer. Et nyligt oversvømmet landskab opfører sig fundamentalt anderledes end en tusind år gammel sø, der først for nylig har oplevet jordskred i bredderne.

Hvad består den arktiske permafrost egentlig af?

Mange har den forkerte opfattelse, at permafrost udelukkende er et tykt lag is på overfladen. Realiteten er, at det er selve jorden, der konstant forbliver dybfrossen. Sammensætningen er ufatteligt varieret og indeholder meget mere end bare frossent vand: