Zmarzlina nie tylko topnieje. Według nowego badania traci też swoją funkcję naturalnej bariery, która dotąd ograniczała ucieczkę gazów z gruntu.
O zmarzlinie najczęściej mówi się tak, jakby problemem było wyłącznie to, iż po rozmarznięciu uwięziona w niej materia organiczna zaczyna się rozkładać i emitować dwutlenek węgla oraz metan. Okazuje się, iż choćby zanim przejdziemy do pełnej historii o rozkładzie materii, sama struktura gruntu zaczyna dużo łatwiej przepuszczać gazy. A to oznacza, iż odmarzająca zmarzlina może nie tylko produkować emisje, ale także po prostu znacznie słabiej je zatrzymywać.
Autorzy nowej pracy piszą wprost, iż w stanie całkowicie zamarzniętym zmarzlina ma bardzo niską przepuszczalność gazową i można ją traktować jak naturalne uszczelnienie. W ich eksperymentach ta adekwatność załamywała się podczas odmarzania, szczególnie w wąskim, ale krytycznym zakresie temperatur między około -5 st. C a -1 st. C. To właśnie tam zachodziła największa zmiana.
Nie mierzyli tego oczywiście na oko
Badacze wykonali konkretne pomiary laboratoryjne na modelowej zmarzlinie. W pracy opisują dwie próbki syntetycznej zmarzliny, które ogrzewano stopniowo od -18 st. C do +5 st. C i przy każdym kroku sprawdzano, jak zmienia się zawartość gazu oraz przepuszczalność dla jego przepływu. W jednej próbce przepuszczalność wzrosła z 4,94 do 112,54 mD, a w drugiej z 0,26 do 21,43 mD, czyli właśnie o około 25-100 razy, zależnie od początkowego nasycenia wodą.
To nie jest jednak bezpośredni pomiar z Arktyki, tylko eksperyment laboratoryjny na modelowej zmarzlinie. Badanie nie pokazuje jeszcze, iż dokładnie taki sam wzrost przepuszczalności zachodzi wszędzie w Arktyce w tej samej skali. Pokazuje natomiast bardzo mocny mechanizm fizyczny, który wcześniej był słabo zmierzony i który może tłumaczyć, dlaczego część emisji z obszarów zmarzlinowych może być szybsza, niż sugerowały prostsze wyobrażenia o samym topnieniu lodu w ziemi.
To wszystko ma ogromne znaczenie dla klimatu
Arktyka trzyma w sobie gigantyczny magazyn węgla. Szacunki NASA, NOAA i przeglądów naukowych mówią o około 1,700 mld ton węgla uwięzionych w regionach zmarzlinowych półkuli północnej. To mniej więcej dwa razy więcej niż w tej chwili znajduje się w atmosferze. Gdy ten magazyn zaczyna się rozmrażać, mikroby rozkładają dawną materię organiczną i uwalniają CO2 oraz metan. Nowe wyniki sugerują, iż problem może być jeszcze poważniejszy, bo sama droga ucieczki dla tych gazów staje się szersza.
To właśnie nazywa się sprzężeniem zwrotnym zmarzliny. Ocieplenie uruchamia odmarzanie, odmarzanie zwiększa emisje gazów cieplarnianych, a te gazy napędzają dalsze ocieplenie. NOAA od lat ostrzega, iż to jedno z najgroźniejszych sprzężeń klimatycznych, bo nie zależy od pojedynczej decyzji politycznej czy rocznego poziomu spalania paliw kopalnych, tylko od uruchomienia procesów w samym gruncie.
Arktyka ociepla się szybciej niż reszta planety. To pogarsza sytuację
Cały problem jest tym poważniejszy, iż Arktyka ogrzewa się bardzo szybko. Badanie opublikowane w 2022 r. w Communications Earth & Environment wskazało, iż w ostatnich dekadach Arktyka ocieplała się niemal 4 razy szybciej niż reszta naszego globu. NASA używa ostrożniejszego sformułowania, iż temperatury w Arktyce rosną 2-4 razy szybciej niż globalna średnia.
A im szybciej rosną temperatury, tym większa część zmarzliny przechodzi przez ten newralgiczny zakres bliski zeru, w którym w nowych eksperymentach przepuszczalność skakała najmocniej. Tracenie szczelności nie jest więc tylko zwykłą metaforą. jeżeli zmarzlina przestaje działać jak uszczelnienie, to wzrasta ryzyko, iż gazy z uwięzionego wcześniej magazynu węgla będą wydostawać się sprawniej.
Badanie ma jeszcze drugi, mniej oczywisty wątek
Zespół z Leeds zwraca uwagę, iż większa przepuszczalność zmarzliny może mieć znaczenie nie tylko dla CO2 i metanu. Uczelnia przypomina też o radonie, czyli radioaktywnym gazie, który jest rakotwórczy. jeżeli rozmarzający grunt staje się bardziej przepuszczalny, może to zwiększać ryzyko uwalniania także takich gazów, co byłoby dodatkowym problemem zdrowotnym dla społeczności zamieszkałych na północy. To nie jest oczywiście główny temat pracy, ale znak, iż konsekwencje nie kończą się wyłącznie na klimacie.
To też dobrze pokazuje, iż badanie nie dotyczy wyłącznie dużej geopolityki klimatu, ale bardzo konkretnych skutków lokalnych. Zmarzlina jest częścią infrastruktury życia na północy: wpływa na budynki, drogi, rurociągi, jakość wody i zdrowie mieszkańców. Gdy traci stabilność i szczelność, problemy robią się jednocześnie klimatyczne, środowiskowe i społeczne.
To są niby tylko wyniki wstępne, ale trudno je zignorować
Autorzy sami podkreślają, iż to na ten moment jedynie wstępne wyniki i iż potrzebne są dalsze pomiary. Przy tak dużym temacie łatwo przeskoczyć od laboratorium do hasła, iż wiemy już wszystko. Nie, nie wiemy. I przez długi czas jeszcze pewnie nie będziemy wiedzieć. Ale wiemy już, iż mechaniczne i fizyczne własności zmarzliny podczas odmarzania mogą zmieniać się na tyle mocno, iż przepływ gazów trzeba traktować dużo poważniej w modelach klimatycznych i środowiskowych.
Nowa praca nie odkrywa nowego gazu ani nie pokazuje pojedynczej katastrofy w terenie. Pokazuje jednak, iż jeden z ważnych elementów arktycznego systemu mógł być w modelach zbyt uproszczony. A gdy chodzi o tak ogromny magazyn węgla jak zmarzlina, choćby pozornie techniczny szczegół w rodzaju przepuszczalności może nagle okazać się bardzo dużym problemem.
