Πόσος μόνιμος πάγος θα λιώσει αυτόν τον αιώνα και πού θα πάει ο άνθρακας του;

Αυτό είναι θερμοκάρστ,  είναι πλούσιο σε permafrost-μόνιμα παγωμένο έδαφος. Από το Hudson Bay, Καναδάς το 2008.Από: Wikipedia.

Μεταξύ των πολλών πραγμάτων που θα λιώσει η υπερθέρμανση του πλανήτη αυτόν τον αιώνα - οι πάγοι της θάλασσας, οι παγετώνες της ξηράς  - είναι ο μόνιμος παγετός. Ο μόνιμος πάγος, που βρίσκεται κάτω από το 15% του βόρειου ημισφαιρίου, αποτελείται από τη συσσώρευση νεκρής βιομάζας που παραμένει παγωμένη, χωρίς να έχει ποτέ την ευκαιρία να απελευθερώσει όλο τον άνθρακα. Καθώς η επιφάνεια και η χαμηλότερη ατμόσφαιρα θερμαίνεται από την ανθρώπινη ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου, τα κρίσιμα ερωτήματα είναι πόσος μόνιμος πάγος θα ξεπαγώσει και πόσο άνθρακα θα απελευθερώσει στην ατμόσφαιρα; 

Είναι ένα ερώτημα που περιπλέκεται από τις πολλές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στον κύκλο του άνθρακα. Τώρα μια νέα μελέτη που χρησιμοποιεί ένα βιογεωχημικό μοντέλο βασισμένο σε διεργασίες που συνδυάζει την επιστήμη με δεδομένα παρατήρησης υποδηλώνει ότι η πλειονότητα του αποψυγμένου μόνιμα παγωμένου άνθρακα θα παραμείνει απομονωμένος σε στρώματα που έχουν παγώσει, αλλά αυτό θα δημιουργήσει μια σημαντική πρόκληση στις μελλοντικές προσπάθειες μετριασμού της κλιματικής αλλαγής εάν η απόψυξη επιταχύνει. 

Η εργασία, από τέσσερις επιστήμονες στην Κίνα και έναν στο Πανεπιστήμιο Purdue στις ΗΠΑ, δημοσιεύεται στο περιοδικό Earth's Future. Ο μόνιμος παγετός σχηματίζεται κυρίως εκεί όπου η μέση ετήσια θερμοκρασία είναι κάτω από το σημείο πήξης του νερού. Εάν αυτός ο μέσος όρος είναι κάτω από -5°C, η κατάψυξη μπορεί να είναι μόνιμη στο σημερινό κλίμα. (Ήταν πολύ πιο εκτεταμένο κατά τη διάρκεια του τελευταίου παγετωνικού μέγιστου.) Αυτό που επιδεινώνει αυτό το πρόβλημα είναι η ενίσχυση της θέρμανσης στους πόλους της Γης - το γεγονός ότι η υπερθέρμανση του πλανήτη δεν κατανέμεται ομοιόμορφα στην επιφάνεια της υδρογείου, αλλά αυξάνεται με το γεωγραφικό πλάτος. Για παράδειγμα, η Αρκτική έχει θερμανθεί σχεδόν τέσσερις φορές πιο γρήγορα από τον παγκόσμιο μέσο όρο από το 1979. 

Η απόψυξη του μόνιμου παγετού θα λειτουργούσε ως θετική ανάδραση για την υπερθέρμανση - προσθέτοντας στην υπερθέρμανση του πλανήτη μέσω εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα - με την ποσότητα να εξαρτάται από το πόσο ανθρωπογενής εξαναγκασμός του κλίματος λαμβάνει χώρα. Με περίπου 1 τρισεκατομμύριο τόνους μόνιμου παγετού να είναι τελικά ευάλωτοι στην παγκόσμια κλιματική αλλαγή, η μοντελοποίηση του μέλλοντός της είναι μια πολύπλοκη επιχείρηση. Οι ερευνητές εργάζονται για να μειώσουν τις αβεβαιότητες στη διαδικασία, οι οποίες περιλαμβάνουν διαφορές στις περιφερειακές ποσότητες απόψυξης (που μπορεί επίσης να υπονομεύσουν κτίρια και κοινότητες), έλλειψη δεδομένων παρατήρησης σε απομακρυσμένες περιοχές, αλλαγές στη βλάστηση (που μπορεί να απορροφήσουν μερικά από τα εκπεμπόμενος άνθρακας), απρόβλεπτες ακραίες καιρικές συνθήκες και πυρκαγιές, και αυτό που οι συγγραφείς της εφημερίδας περιγράφουν ως «το περίπλοκο και μοναδικό νερό, ενέργεια, αλληλεπιδράσεις άνθρακα και θρεπτικών ουσιών μεταξύ της ατμόσφαιρας, των φυτών, των εδαφών, των παγωμένων στρωμάτων και των μικροβίων». 

Πάνω απ 'όλα, η ποσότητα του άνθρακα που θα εκπέμψει στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από την κοινωνικοοικονομική πορεία που θα ακολουθήσει η ανθρωπότητα στο μέλλον. (Σημαίνοντας ότι οποιοδήποτε αποτέλεσμα μοντέλου είναι αναγκαστικά μια προβολή που βασίζεται σε υποτιθέμενες παραμέτρους, όχι μια πρόβλεψη.) Η ομάδα εξέτασε δύο καθιερωμένα σενάρια του μέλλοντος, τα λεγόμενα Shared Socioeconomic Pathways (SSPs)—το ένα, SSP126 (παλαιότερα: RCP2.6), ένα αισιόδοξο σενάριο του μέλλοντος που περιορίζει την υπερθέρμανση του πλανήτη στους 2,0°C και το άλλο , SSP585 (RCP8.5), που είναι τα πιο ακραία σενάρια όπου η χρήση ορυκτών καυσίμων παραμένει ως συνήθως και παρέχει τη συντριπτική πλειοψηφία της μελλοντικής ενέργειας.

Αυτή η μελέτη, με επικεφαλής τον Lei Liu του Πανεπιστημίου Zhengzhou στην Κίνα, βελτίωσε τα προηγούμενα μοντέλα ενσωματώνοντας νέες φυσικές διεργασίες, όπως η ενσωμάτωση της έκθεσης σε άνθρακα του εδάφους και η αποσύνθεση λόγω της απόψυξης του μόνιμου παγετού σε βαθιά εδάφη έως και 6 μέτρα κάτω από την επιφάνεια, δύο φορές πιο μακριά από προηγούμενες μελέτες. Επίσης, ενσωμάτωσε προφίλ οργανικού άνθρακα του εδάφους χρησιμοποιώντας σύνολα δεδομένων που βασίζονται σε παρατηρήσεις. Αφού επικύρωσαν το μοντέλο τους, το εφάρμοσαν στην απόψυξη του μόνιμου παγετού στο βόρειο ημισφαίριο για το υπόλοιπο αυτού του αιώνα. 

Το νέο μοντέλο υπολόγισε την περιοχή μόνιμου παγετού για το Βόρειο Ημισφαίριο για το 2010 έως το 2015 σε 14,4 εκατομμύρια τετραγωνικά χιλιόμετρα, περιέχοντας 563 γιγατόνους (Gt) άνθρακα το τελευταίο έτος. Για το σενάριο SSP126 που περιορίζει τη θέρμανση στους 2,0°C, το μοντέλο καθόρισε ότι η υποβάθμιση του μόνιμου παγετού θα καθιστούσε 119 Gt άνθρακα διαθέσιμα για αποσύνθεση έως το 2100 από έδαφος που ήταν μόνιμα παγωμένο, μειώνοντας τον άνθρακα στα μόνιμα παγωμένα οικοσυστήματα κατά 3,4 Gt. Για το ακραίο σενάριο SSP585, θα ήταν διαθέσιμα 252 Gt άνθρακα, μειώνοντας το ίδιο οικοσύστημα άνθρακα κατά 15 Gt άνθρακα. Ωστόσο, το μοντέλο διαπίστωσε ότι μόνο περίπου το 4% έως 8% αυτού του πρόσφατα αποψυγμένου άνθρακα αναμένεται να απελευθερωθεί στην ατμόσφαιρα έως το 2100, ένα κλάσμα που βρίσκεται εντός του εύρους που εκτιμάται από τους ειδικούς το 2015. Αυτό σημαίνει ότι το μέγιστο είναι 10 Gt άνθρακα για το λιγότερο επικίνδυνο σενάριο και 20 Gt άνθρακα για το πιο ακραίο σενάριο.

Για σύγκριση, το 2023, οι άνθρωποι εξέπεμψαν 11,3 Gt άνθρακα από την καύση ορυκτών καυσίμων, τις αλλαγές χρήσης γης, την εκτροφή βοοειδών και άλλες δραστηριότητες, περίπου το ήμισυ των οποίων παραμένει στην ατμόσφαιρα για χρόνια. Επί του παρόντος υπάρχουν 880 Gt άνθρακα στην ατμόσφαιρα, 300 Gt από τα οποία έχουν προστεθεί από τον άνθρωπο. Επομένως, η απόψυξη του μόνιμου παγώματος δεν φαίνεται, σε αυτό το μοντέλο, να είναι σοβαρό πρόβλημα αυτόν τον αιώνα. Ωστόσο, η αποικοδόμηση του μόνιμου παγετού αυξάνει τη διαθεσιμότητα αζώτου στο έδαφος, καθώς η αποσύνθεση προηγουμένως παγωμένης οργανικής ύλης απελευθερώνει άζωτο σε μορφές που μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα φυτά και κινητοποιείται το άζωτο που αποθηκεύεται σε βαθύτερα στρώματα εδάφους. Αυτό μπορεί να αυξήσει σημαντικά την ανάπτυξη των φυτών και τη δυναμική των οικοσυστημάτων. Αυτή είναι μια αρνητική, αν και μικρή, ανατροφοδότηση για την υπερθέρμανση του πλανήτη - σε αυτό το μοντέλο του Liu και της ομάδας του, η απόψυξη του μόνιμου παγετού αύξησε το απόθεμα αζώτου στη βλάστηση κατά 10 και 26 εκατομμύρια τόνους στα δύο σενάρια και το απόθεμα άνθρακα στη βλάστηση κατά 0,4 και 1,6 Gt άνθρακα στα αντίστοιχα σενάρια. Αν και αυτή η αύξηση του άνθρακα δεν αντισταθμίζει την απώλεια άνθρακα από την υποβάθμιση του μόνιμου παγωμένου παγετού, αυτή η απόψυξη του μόνιμου παγετού έχει ήδη οδηγήσει σε σημαντικές αλλαγές στη σύνθεση και την ανάπτυξη των φυτικών ειδών. 

Άλλες αλλαγές είναι πιο περίπλοκες. Για να σταματήσει η θέρμανση, οι ανθρώπινες εκπομπές πρέπει να πέσουν στο μηδέν - δεν αρκεί να εξισορροπούνται σε μια σταθερή τιμή. Όσο συνεχίζεται η θέρμανση, όλο και περισσότερο- permafrost- μόνιμος παγετός θα ξεπαγώνει, προσθέτοντας στις προκλήσεις μετριασμού αυτού του αιώνα και μεγαλύτερα προβλήματα ανατροφοδότησης στη δεκαετία του 2100. Οι μεγαλύτερες αβεβαιότητες όσον αφορά τη θέρμανση είναι σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη και μεγάλα υψόμετρα και βαθύτερες επιπλοκές όπως «απότομη απόψυξη, εμβάθυνση των ριζών και μικροβιακός αποικισμός μπορεί να επιταχύνουν την αποσύνθεση αυτής της τεράστιας ποσότητας αποψυγμένου [οργανικού άνθρακα του εδάφους] σε βαθιά εδάφη», γράφει η ομάδα, ενσωματώνοντας όλο και περισσότερες αποχρώσεις στους κύκλους άνθρακα και αζώτου για την καλύτερη ποσοτικοποίηση της απώλειας άνθρακα στο μόνιμο πάγο εδάφη. 

Όπως πάντα, η μεγαλύτερη αβεβαιότητα θα είναι οι πράξεις του ανθρώπου.

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα phys.org

 L. Liu et al, The Fate of Deep Permafrost Carbon in Northern High Latitudes in the 21st Century: A Process‐Based Modeling Analysis, Earth's Future (2024). DOI: 10.1029/2024EF004996

https://phys.org/news/2024-12-permafrost-century-carbon.html