Sybirska ziemia się rozpada. Z lodu uwalnia się ukryty węgiel

Szybkie ocieplenie Arktyki rozsadza zmarzniętą syberyjską ziemię, tworząc nowe jeziora i uruchamiając potężny przepływ węgla do wody.

Na odległych terenach Syberii grunt, który przez tysiące lat pozostawał wiecznie zamarznięty, zaczyna się zapadać. W jego miejscu pojawiają się mętne jeziora, pełne rozpuszczonej materii organicznej. Ta niepozorna zmiana ma ogromne znaczenie dla klimatu, bo część tego węgla zamienia się w gazy cieplarniane, ale – co zaskoczyło naukowców – spora część pozostaje w wodzie.

Arktyka grzeje się kilka razy szybciej niż reszta planety

W rejonach arktycznych tempo ocieplania jest trzy–cztery razy wyższe niż globalna średnia. To właśnie tam występuje rozległy pas tzw. wieloletniej zmarzliny, czyli gruntu zamarzniętego co najmniej przez dwa kolejne lata, często dużo dłużej. Taka gleba może zawierać zarówno ogromne ilości lodu, jak i materii organicznej – szczątków roślin, korzeni, drobnych organizmów uwięzionych w chłodzie niczym w zamrażarce klimatu.

Wraz ze wzrostem temperatury ta zmarzlina rozmarza. Grunt traci stabilność, osuwa się, a na jego miejscu pojawiają się zagłębienia wypełnione wodą – tzw. jeziora termokrasowe. W uproszczeniu: ziemia zapada się jak ciasto wyjęte z piekarnika zbyt wcześnie, ale tu stawką jest bilans węgla całej planety.

Przeczytaj również: Blue Origin chce chronić Ziemię przed asteroidami. Nowa misja NEO Hunter

Jeziora termokrasowe to nowe „mieszalniki” węgla: ściągają go z rozmarzającej ziemi, zamieniają w część gazów cieplarnianych, a część zatrzymują w wodzie i osadach.

Syberyjskie laboratorium w terenie: badania w Jakucji

Zespół międzynarodowych badaczy pracujących w ramach projektu PRISMARCTYC przeprowadził serię wypraw do środkowej Jakucji we wschodniej Syberii. To jedno z tych miejsc, gdzie zmiana klimatu jest widoczna niemal gołym okiem: nowe zapadliska, świeże osuwiska na brzegach i całkiem młode jeziora powstałe w miejscu dawnej, twardej ziemi.

Naukowcy skupili się na tym, ile i jakiego rodzaju węgiel trafia do tych zbiorników. Analizowali dwa główne składniki:

Przeczytaj również: Dlaczego marchewka jest pomarańczowa? Ma to związek z jednym krajem

• rozpuszczony węgiel organiczny – drobne cząstki niewidoczne gołym okiem, znajdujące się w samej wodzie,
• cząsteczkowy (zawieszony) węgiel organiczny – większe drobiny, unoszące się w toni lub opadające na dno.

Badania objęły kilka typów jezior:

Taki zestaw pozwolił porównać „młode” i „dojrzałe” etapy życia jezior oraz sprawdzić, jak reagują, gdy rozmarzanie uderza w ich brzegi po raz kolejny.

Przeczytaj również: Naukowcy „wskrzeszają” płytę CD: tysiąc razy więcej danych na krążku

Szokujące stężenia węgla w najmłodszych jeziorach

Pomiary wykazały, że woda w nowych jeziorach oraz w tych starszych, ale niedawno naruszonych osuwiskami, jest wręcz naładowana rozpuszczonym węglem organicznym. Stężenia sięgają kilkuset miligramów na litr, co w skali zbiornika daje ogromne ilości materii.

Nawet trzy czwarte rozpuszczonego węgla organicznego w takich jeziorach pochodzi z rozmarzającej zmarzliny, a nie z bieżącej produkcji roślin i glonów.

To oznacza, że topniejąca gleba uwalnia „stary” węgiel, uwięziony przez setki lub tysiące lat. Wraz z odpływającą wodą i osuwającą się ziemią trafia on do jezior niczym gęsty, brunatny koktajl, zmieniający ich chemię i kolor.

Zaskakująco inaczej zachowuje się natomiast węgiel w formie cząstek. Analizy pokazały, że ten frakcja jest w większości produkowana na miejscu – przez glony, roślinność wodną czy mikroorganizmy zasiedlające zbiorniki. Nie stanowi więc prostego „przełożenia” tego, co wyszło z rozmarzającej ziemi, na to, co widać w osadach na dnie.

Nie cały węgiel zmienia się w gazy cieplarniane

Do tej pory wiele scenariuszy klimatycznych zakładało, że węgiel uwalniany ze zmarzliny w dużej części trafi do atmosfery pod postacią dwutlenku węgla i metanu. Naukowcy z Jakucji pokazują, że ta historia jest bardziej skomplikowana.

Owszem, część rozpuszczonego węgla organicznego staje się paliwem dla mikroorganizmów. Bakterie rozkładają go, a efektem są gazy cieplarniane ulatniające się z powierzchni jeziora. Na tym jednak proces się nie kończy.

Znaczna część „starego” węgla przeniesionego ze zmarzliny do wody nie przechodzi w gazy cieplarniane, tylko zostaje w jeziorze jako rozpuszczona materia lub osad na dnie.

To rada dla naukowców zajmujących się modelem klimatu: nie można po prostu założyć, że każda tona węgla ze zmarzliny wyląduje w powietrzu. Spora część trafia do innego magazynu – do wody i osadów, gdzie może krążyć przez długie lata, a nawet stulecia.

Jeziora termokrasowe w globalnych modelach klimatycznych

Badania w Jakucji objęły dużą liczbę jezior, co pozwoliło uchwycić sporą różnorodność procesów działających w Arktyce. Niektóre zbiorniki zachowują się jak intensywne emitory gazów, inne raczej jak magazyny węgla, które wciągają go z otoczenia i zatrzymują w swoich osadach.

Dla modelarzy klimatu oznacza to konieczność włączenia do obliczeń kilku kluczowych zjawisk:

• silnego, ale zróżnicowanego dopływu rozpuszczonego węgla organicznego z rozmarzającej zmarzliny,
• różnic między młodymi a starymi jeziorami pod względem produkcji i rozkładu materii organicznej,
• dwutorowej roli jezior: emisji gazów do atmosfery i jednoczesnego magazynowania węgla w osadach.

Bez uwzględnienia tych szczegółów prognozy mogą albo przeszacowywać, albo zaniżać wpływ Arktyki na przyszłe ocieplenie. Jeziora termokrasowe przestają być egzotycznym szczegółem kartograficznym, a stają się aktywnymi elementami globalnego obiegu węgla.

Dlaczego „stary” węgiel nie zawsze ucieka do atmosfery?

Część materii organicznej ze zmarzliny jest bardzo podatna na rozkład – bakterie rozbijają jej cząsteczki szybko, uwalniając dwutlenek węgla i metan. Inne frakcje są bardziej oporne, złożone chemicznie, trudniejsze do „strawienia” przez mikroorganizmy. Taki węgiel może krążyć w wodzie długo albo opadać na dno i wbudowywać się w kolejne warstwy osadu.

Znaczenie ma także głębokość jeziora, ilość tlenu w wodzie czy pora roku. Latem, gdy temperatury rosną, procesy biologiczne przyspieszają. Zimą, pod lodem, część aktywności zamiera, a węgiel jest raczej przechowywany niż spalany biologicznie. W praktyce każdy zbiornik zachowuje się trochę inaczej, co dobrze tłumaczy, dlaczego badacze widzą tak dużą zmienność między jeziorami.

Co to oznacza dla ludzi żyjących daleko od Syberii?

Dla mieszkańca Europy środkowej zapadanie się syberyjskiego gruntu może brzmieć abstrakcyjnie, ale ten proces wpływa na tempo globalnego ocieplania, a więc także na pogodę w Polsce. Im szybciej Arktyka traci swój „zamrażalnik” węgla, tym mocniej cały system klimatyczny reaguje na nasze emisje.

Jeziora termokrasowe są przy tym niewygodne z punktu widzenia polityki klimatycznej: trudno nad nimi zapanować, nie są związane z żadnym konkretnym krajem czy fabryką. To naturalne reakcje przyrody na ocieplenie, coś w rodzaju samonapędzającej się spirali, w której kolejne porcje węgla dołączają do obiegu, choć nikt ich bezpośrednio nie „wypuścił” z komina.

Czy ten węgiel może zostać w ziemi na dobre?

Część węgla, która osiada w osadach dennych, faktycznie może zostać uwięziona na bardzo długi czas – o ile warunki nie ulegną dalszej zmianie. Jeżeli w przyszłości poziom wody się obniży, a osady ponownie wyschną i zetkną się z powietrzem, proces rozkładu może ruszyć od nowa. Wtedy uśpiony do tej pory magazyn może przejść w tryb emisji.

Takie „wielokrotne otwieranie” i zamykanie magazynów węgla to jedno z największych wyzwań dla naukowców. Wymaga regularnych pomiarów w terenie, długich serii danych i łączenia badań lokalnych – jak na syberyjskich jeziorach – z globalnymi modelami.

Dla czytelnika ważne jest jedno: to, co dzieje się w odległej Jakucji, nie jest tylko ciekawostką geograficzną. Rozmarzająca zmarzlina, zapadające się brzegi i mętne jeziora zmieniają obieg węgla na całej planecie, a przez to wpływają także na to, jak będą wyglądały nasze zimy, susze czy fale upałów za kilkadziesiąt lat.