Groźne wieści z Arktyki: topniejąca zmarzlina może wypuścić znacznie więcej gazów cieplarnianych

Arktyczny lód, który przez milenia więził w sobie potężne zasoby węgla, zaczyna przegrywać walkę z rosnącą temperaturą. To, co dotychczas uznawaliśmy za stabilny i bezpieczny magazyn, okazuje się być tykającą bombą ekologiczną o sile rażenia znacznie większej, niż ktokolwiek przypuszczał. Najnowsze doniesienia naukowe rzucają nowe, niepokojące światło na to, jak mikroorganizmy „budzą się” do życia i zaczynają konsumować zasoby, które miały pozostać nienaruszone przez kolejne tysiąclecia.

Wieczna zmarzlina na północy Ziemi zaczyna odmarzać, a nowe badania pokazują, że kryje w sobie jeszcze bardziej niebezpieczny ładunek węgla, niż dotąd sądzono.

Naukowcy od lat ostrzegają, że rozmarzanie gleb, które przez tysiące lat pozostawały zamarznięte, może uruchomić potężną bombę węglową. Teraz zespół z Uniwersytetu Kolorado wskazuje, że ten mechanizm może być znacznie silniejszy, bo mikroorganizmy w zmarzlinie sięgają po rodzaj “pokarmu”, który do tej pory uważano za względnie bezpieczny magazyn węgla.

Czym właściwie jest wieczna zmarzlina i dlaczego wszystkich tak niepokoi

Wieczna zmarzlina, nazywana też permafrostem, to grunt, który pozostaje zamarznięty co najmniej dwa lata z rzędu, a w praktyce często tysiące lat. Występuje w Arktyce, na Syberii, w północnej Kanadzie i na Alasce, ale też wysoko w górach.

W tej zmarzniętej glebie tkwi gigantyczny magazyn węgla pochodzącego z pradawnych roślin i resztek organicznych. Z czasem zamarzły one w gruncie i zostały “zablokowane” przed rozkładem. Szacunki wskazują, że w permafrostzie znajduje się ponad dwa razy więcej węgla niż obecnie w atmosferze.

Węglowy magazyn w wiecznej zmarzlinie jest większy niż cały węgiel krążący dziś w powietrzu. Jeśli zacznie się uwalniać masowo, ocieplenie przyspieszy niezależnie od ludzi.

Gdy grunt rozmarza, zaczynają działać mikroby – bakterie i inne drobnoustroje. Rozkładają materię organiczną, uwalniając dwutlenek węgla (CO2) i metan (CH4). Oba gazy silnie zatrzymują ciepło i napędzają wzrost temperatury. To z kolei powoduje dalsze topnienie zmarzliny. Powstaje niebezpieczna pętla.

Naukowcy bali się dużych emisji, a teraz szykują się na jeszcze większe

Dotychczasowe modele klimatyczne i analizy sugerowały, że do 2100 roku rozmarzający permafrost może wyemitować tyle gazów cieplarnianych, co największe uprzemysłowione państwa. To już brzmiało fatalnie.

W nowych badaniach opublikowanych w Nature Microbiology zespół z Uniwersytetu Kolorado pokazuje, że wcześniejsze szacunki mogły być zbyt ostrożne. Klucz tkwi w tym, po jaki rodzaj węgla sięgają mikroorganizmy w odmarzającej glebie.

Mikroby “lubią” więcej niż sądziliśmy

W zmarzlinie znajdują się różne typy związków organicznych. Część z nich jest łatwa do “skonsumowania” przez mikroby – to jak słodkie bułki, pizza czy chipsy w porównaniach używanych przez badaczy. Naukowcy zakładali, że to właśnie one będą głównym paliwem dla drobnoustrojów.

W glebie występuje jednak też bardziej złożony zestaw związków, między innymi bogatych w polifenole – to substancje chemiczne znane choćby z herbaty, kakao czy jagód. Uważano, że taka “ostra, trudna” mieszanka blokuje aktywność enzymów mikroorganizmów i sprawia, że część węgla pozostaje zamknięta w gruncie.

Nowe badania pokazują, że obraz jest inny. Okazuje się, że w warunkach beztlenowych – czyli w odmarzającej, nasiąkniętej wodą glebie – mikroorganizmy potrafią rozkładać również związki bogate w polifenole. To oznacza, że ta część węgla nie jest wcale nietykalna, jak liczono wcześniej.

Jeśli mikroby rozkładają także “trudną” część materii organicznej, to zmarzlina nie jest sejfem, lecz skarbonką bez dna – im cieplej, tym szybciej się opróżnia.

Dlaczego to podważa pomysły na “przechowywanie” węgla w zmarzlinie

Część strategii łagodzenia kryzysu klimatycznego opiera się na pomyśle trwałego zablokowania węgla w glebie. Jedna z koncepcji, którą rozważano w kontekście permafrostu, opierała się właśnie na tak zwanym enzymatycznym blokowaniu, czyli utrudnianiu mikrobom dostępu do węglowych zasobów.

Zakładano, że dodanie do gleby bogatych w polifenole substancji może spowolnić działanie mikroorganizmów, a tym samym ograniczyć emisje CO2 i metanu z rozmarzającej zmarzliny. Nowe wyniki wskazują, że w praktyce taki zabieg mógłby przynieść odwrotny skutek. Część tamtejszych mikroorganizmów traktuje polifenole jak dodatkową porcję jedzenia.

W efekcie zamiast “zamrozić” węgiel w gruncie, można by go jeszcze szybciej przekształcić w gazy cieplarniane i wypchnąć do atmosfery. Badacze podkreślają, że potrzeba więcej precyzyjnych pomiarów, aby określić skalę tego efektu, ale kierunek jest jasny – na zmarzlinie trudno budować długoterminową strategię magazynowania węgla.

Jak duże mogą być dodatkowe emisje z odmarzającej zmarzliny

Nowe dane wciąż wchodzą do modeli klimatycznych, więc dokładna liczba nie jest jeszcze znana. Naukowcy szacują jednak, że:

• permafrost zawiera ponad 1,5 biliona ton węgla,
• do końca stulecia może się rozmarznąć nawet kilkadziesiąt procent powierzchni wiecznej zmarzliny,
• część emisji będzie w formie metanu, który jest wielokrotnie silniejszym gazem cieplarnianym niż CO2 w krótkiej skali czasu.

Jeśli mikroby faktycznie potrafią efektywnie rozkładać także bogate w polifenole frakcje materii organicznej, do atmosfery może trafić wyraźnie więcej węgla, niż zakładano jeszcze kilka lat temu. Tego typu emisji nie da się łatwo zatrzymać, bo napędza je sama fizyka i biologia rozmarzającego gruntu.

Dlaczego ten proces tak trudno zatrzymać

Emisje z wiecznej zmarzliny różnią się od spalin z fabryk czy samochodów. Nie wynikają bezpośrednio z dzisiejszych decyzji o spalaniu paliw, tylko z dawno nagromadzonego “archiwum” węgla w glebie. Gdy ruszy rozmarzanie, nie wystarczy zakręcić kurka.

Mikroorganizmy nie pytają o politykę klimatyczną ani ceny emisji. Reagują na warunki fizyczne: temperaturę, wilgotność, dostęp do łatwych i trudniejszych do strawienia związków. Im cieplej i bardziej mokro, tym intensywniej pracują. Z tego powodu wielu badaczy nazywa permafrost “śpiącym olbrzymem” w systemie klimatycznym.

Im szybciej rośnie temperatura, tym trudniej zatrzymać uruchomione sprzężenia zwrotne, takie jak emisje z odmarzającej zmarzliny. Działa tu efekt domina.

Co z tego wynika dla polityki klimatycznej i zwykłych ludzi

Nowe ustalenia nie zmieniają jednego: najbardziej skutecznym sposobem ograniczenia ryzyka jest maksymalne spowolnienie ocieplenia. Im niższy wzrost temperatury globalnej, tym mniejsza część wiecznej zmarzliny rozmarznie i tym słabiej uaktywni się mikrobiologiczna “fabryka” gazów cieplarnianych.

Dla decydentów oznacza to większą presję na redukcję emisji z paliw kopalnych oraz na ochronę ekosystemów, które naturalnie wiążą węgiel – lasów, torfowisk czy oceanów przybrzeżnych. Modele klimatyczne muszą coraz precyzyjniej uwzględniać procesy zachodzące w zmarzlinie, bo zaniżanie roli tego elementu prowadzi do zbyt optymistycznych scenariuszy.

Jak wyobrazić sobie wpływ zmarzliny na codzienne życie

Dla osoby mieszkającej w Polsce Arktyka może wydawać się odległa, lecz skutki topnienia zmarzliny przenoszą się na nasze warunki pośrednio. Dodatkowe emisje gazów cieplarnianych to silniejsze fale upałów, większe ryzyko susz, zaburzenia w rolnictwie i rosnące koszty adaptacji.

Można spojrzeć na to jak na dodatkowy, nieprzewidziany wcześniej “podatek” klimatyczny. Nawet jeśli uda się ograniczyć emisje z energetyki czy transportu, rozmarzający permafrost może dołożyć swoje, podbijając temperaturę. Każda tona CO2, której dziś nie wypuszczamy do atmosfery, zmniejsza jednak szansę, że ten mechanizm rozkręci się na pełnych obrotach.

W tle pozostaje jeszcze jedno ryzyko: w wiecznej zmarzlinie mogą tkwić stare patogeny, na które współczesne ekosystemy nie są przygotowane. Naukowcy dopiero zaczynają badać ten aspekt, ale sama świadomość, że rozmarza obszar przechowujący zarówno węgiel, jak i dawne mikroorganizmy, dodaje kolejny argument za tym, by traktować ocieplenie klimatu znacznie poważniej niż dotąd.