En udhulet bluff, der indeholder Inupiaq arkæologiske artefakter i Utqiaġvik, Alaska. Jorden her har trukket sig tilbage mange meter i løbet af de seneste par årtier. Foto: Aske Adams/Gizmodo
Maddie StoneToday 9:10amFiled til: Permafrost
- Alaska
- Klimaændringer
- Den Globale Opvarmning
- videnskab
438
- Gå til permalink
En udhulet bluff, der indeholder Inupiaq arkæologiske artefakter i Utqiaġvik, Alaska. Jorden her har trukket sig tilbage mange meter i løbet af de seneste par årtier. Foto: Aske Adams/Gizmodo
HEALY, ALASKA—Bitre vintre stadig dominerer livet i Alaska-indre, men et øvet øje kan spotte tegn på et varmere klima, særligt i jorden. Under den bølgende marker af tussock spredt lige nord for Alaska Range, hvad der engang var permanent frosne er begyndt at tø. Virkningerne kan breder sig til hele planeten.
“Meget bizarre begivenheder, der sker.”
Ti meter fra hvor jeg stod på en smal træ gangbro sømmet med krogede halvgræsser og mos, jord bunde ud i en vandlidende bassinet. “Denne depression er alle tø-relaterede,” siger Nordlige Universitet Økolog Meghan Taylor, gestikulerer på tværs af Kulstof i Permafrost Eksperimentelle Varme-Projektet, et plaster på tundraen, som forskerne har været bevidst opvarmning siden 2009. Krydret med kabler, pumper og miljø-sensorer, eksperimentet giver forskerne et indblik i, hvad der er at komme som Alaska ‘ s store og remote permafrost landskaber varm på nogle af de hurtigste priser på Jorden.
“Dette system sidder på omkring minus en grad gennemsnitlige årlige temperatur, og du har brug for temperaturer under nul for at opretholde permafrost i din jord,” Taylor forklarer. Det er “et system, der er på randen, det er nedværdigende nu.”
Slumping jorden er en af de mest oplagte og ødelæggende konsekvenser permafrost optøning, men de potentielle følgevirkninger er mangfoldige. De omfatter udbredt skov dø-offs, og en enorm udledning af drivhusgasser til atmosfæren. Som Peter Griffith, en permafrost ekspert på NASA ‘ s Goddard Space Flight Center, fortalte mig i Fairbanks en dag tidligere, “hvis der er optøning i jorden, ændres alting.”
Det er derfor, forskerne har travlt med at forstå, hvad der sker, når du tager hele økosystemer af fryseren, og sæt dem i køleskab.
For tusinder af år, de boreale skove, moser og tundra lande spredt over store dele af det Arktiske og sub-Arktiske have været oplagring af kulstof. I løbet af de flygtige vækstsæsonen, planter trække kuldioxid ud af luften og bruge til at opbygge nye blade, skud og rødder. Noget af det kulstof, der er cyklet tilbage til atmosfæren i sommeren og efteråret, ved kulde-elskende jord mikrober bevæbnet med en masse af fordøjelsesenzymer. Men når vinteren sætter ind, og alt fryser til, at bakteriel udånder bliver til en hvisken.
Mere kulstof kommer ind i jorden, end der kan nedbrydes af mikroorganismer, der forårsager det til at akkumulere—hvilket er grunden til at i dele af Alaska, kan du finde jord, der er snesevis til hundredvis af meter tyk med organisk materiale. Under de første par meter, det har tendens til at blive frosset hele året. Forskere anslår, at et sted mellem 1300 og 1.600 milliarder tons kulstof er låst væk i permafrost jord, omtrent dobbelt så meget som i øjeblikket er i vores atmosfære.
Og alle, at jorden kulstof ville have opholdt sig sætte i århundreder til at komme, hvis ikke det var for de syv milliarder mennesker losning ti milliarder tons fossilt kulstof til atmosfæren hvert år. Kulstof udledning af drivhusgasser har forårsaget den globale temperatur til at stige omkring en grad Celsius siden starten af den Industrielle Revolution, men det Arktiske er opvarmet dobbelt så meget i gennemsnit, og langt mere i specifikke områder og sæsoner. Som andre steder i verden, samfundene i Nord oplever klimaforandringer, fra svindende Arktiske havis til enorme tundra brande til sammenbrud af veje, bygninger, og hele skove som jorden tør ud.
“Meget bizarre begivenheder der sker,” Chip Miller, en kulstofkredsløb forsker ved NASA ‘ s Jet Propulsion Laboratory, fortalte mig, da vi fløj 41,000 fødder over det Vestlige Alaska, i en videnskabelig forskning fly hoppende radar bølger fra jorden for at bestemme, hvor dybt-optøet jorden er.
“Hvis der er optøning i jorden, ændres alting.”
Det fly, vi var på, var en del af det Arktiske Boreale Sårbarhed Eksperiment (Ovenfor), en NASA-ledede felt kampagnen, der blev lanceret sidste sommer, for at besvare nogle af de største spørgsmål om ændringer i miljøet op Nord—herunder, hvad der sker til landskaber og samfund som permafrost fortsætter med at tø. “Vi har haft stedet foranstaltninger,” Mahta Moghaddam, der er professor of electrical engineering på University of Southern California, der også var på research flight, har fortalt mig.”Vi har aldrig rigtig haft maps [af permafrost] tværs over store mellemrum.”
Dette år, Over for koordineringen af over 200 videnskabelige forskning flyvninger på tværs af Arktis, og boreale økosystemer i Alaska og det Vestlige Canada; indtil den fortsatte finansiering, de flyvninger, der vil blive gentaget i 2019. De data, der indsamles af ni forskellige videnskabs-planer—om jordbund, topografi, vegetation, carbon cycling, og meget mere—vil blive syntetiseret og i forhold til miljømæssige data, der er indsamlet af forskere på jorden og fra satellitter i kredsløb. “Hvis det ikke er den største luftbårne kampagne NASA nogensinde har fløjet, det er en af de største,” Miller sagde.
Den dag jeg fløj med Ovenstående, ombord på en modificeret Grumman Gulfstream III (GIII) business jet, som Griffith, programmet er chef støtte forsker kalder “den lastbil,” vi zig-zagged frem og tilbage omkring den vestlige kystbyen Nome. I henhold til Griffith, disse og andre GIII fly linjer blev udvalgt med henblik på at fange “alle de forskellige permafrost egenskaber” (fra vedvarende dække til spredte pletter) og økosystem typer i regioner, der kan matches til de 5.000-ulige jorden-baserede sites, der deltager i Ovenstående kampagne.
Flyet var i stand til at ramme hver linje med nær meter-skala præcision, tak til autopilot software, der gjorde laterale og vertikale justeringer, når flyet var navigeret til et på forhånd fastlagt udgangspunkt. “Det er ligesom en start-og landingsbane i himlen,” pilot Tom Ryan fortalte mig. Selv om det var for overskyet til at se Sibirien ud i det fjerne, den dag jeg fløj var tilsyneladende en god en—med minimal luft turbulens, har vi formået at tilegne sig en solid data fra hver linje i første forsøg. Nogle gange, det er ikke så let. “De bedste dage er kedelige dage,” Ryan sagde.
Boltet fast til maven af flyet, en synthetic aperture radar instrument, der Moghaddam været med til at designe kravene til sendt pulser af polariseret, radio frekvens bølger mod Jorden. Disse bølger rejser gennem jorden, indtil de ramte permafrost, og derefter hoppe tilbage til flyet i forskellige vinkler, eller polariseringer. Forskerne kan bruge disse oplysninger til at bestemme, hvor dybt den jord, der er sæsonbestemt tø lag, eller “aktive lag” er, og hvor meget fugt, den indeholder.
De kan gøre det hele mind-bogglingly store skalaer—men på bekostning af detaljerede, site-specifikke oplysninger. “Remote sensing samfund har brug feltet mennesker, fordi vi studerer disse mere kryptiske processer, hvor du er nødt til at være på jorden,” Merritt Turetsky, et økosystem, som økolog ved University of Ontario, Guelph, der samarbejder med Over på flere af hendes områder, fortalte mig. “Vi har brug for remote sensing, fordi vi er begrænset til at pege data.”
Alle jorden, i luften og satellit-data, der er indsamlet af Ovenstående kampagne bliver distribueret frit fra NASA til det videnskabelige samfund og offentligheden. Når det kommer til permafrost, håbet er at det vil hjælpe os med at besvare nogle af de største tilbageværende spørgsmål. Der er stadig en frygtelig masse, som vi ikke forstår.
Som andre steder i verden, samfundene i Nord oplever klimaforandringer, fra svindende Arktiske havis til enorme tundra brande til sammenbrud af veje, bygninger, og hele skove som jorden tør ud.
Vi ved, at når de Arktiske vækstsæsonen forlænger på grund af opvarmning, planter vokser mere energisk og landskaber er (for det meste) bliver grønnere. Vi ved, at permafrosten er aktive lag er en uddybning, og at “nul-gardin”—en periode i efteråret, efter at den flade jord har frosset, men da undergrunden fortsat er optøet og mikrobielt-aktiv—bliver længere og længere. Og vi ved, at som permafrost fortsætter med at tø, planter kan kun kompensere for så længe: På et tidspunkt, disse økosystemer vil overgangen fra kulstofdræn til carbon kilder.
“I sidste ende, der er meget mere permafrost carbon her for at være optøet, end planterne kan eventuelt tage op,” Taylor siger.
Men på tværs af de Arktiske og sub-Arktiske, at vi ikke har en meget klart billede af, hvor meget permafrost er sårbare, hvornår eller hvor. Og vi ved ikke, hvilken del af den frisk-optøet jord kulstof vil sive ud i åer og havet, versus undslippe til atmosfæren som kuldioxid, eller værre, som metan. Mens kun en lille procentdel af permafrost carbon forlader jorden som metan i dag, “enhver ændring i procent i er en big deal,” Miller sagde, at bemærke, at metan har op til 100 gange den varme-trapping potentiale af CO2 på en tidshorisont på flere årtier. Det er et usandsynligt scenarie, men en stor, pludselig impuls af metan fra permafrost jord kan have en dramatisk indvirkning på Jordens klima.
Mere sandsynligt er det, forskere siger, en enorm mængde af permafrost kulstof frigives langsomt fra nord i løbet af det næste århundrede, bidrager måske til 0,2-0,3 grader Celsius til stigende globale temperaturer.
“Ekspertudtalelser og modeller antyder, at der er 100 milliarder tons kulstof til at blive frigivet fra permafrost i løbet af de næste hundrede år,” Miller sagde. “Vi vil sandsynligvis komme i en situation, hvor milliarder af tons kulstof bliver frigivet fra permafrost hvert år,” som en kombination af CO2 og metan. Som Turetsky sætte det, der er “dybest set gerne tilføje andet Kina” til verden.
Jeg bruger de sidste par timer af den seks timers flyvning pakket ind i en heavy-duty sovepose—fly kabinen blev holdt køligt af hensyn til de instrumenter—gnave-cookies, og forsøger at forestille mængden af klæg jord, det ville tage at udspy så meget kulstof, som den Kinesiske økonomi.
Kort før vi begyndte vores nedstigning tilbage til lufthavnen i Fairbanks, skyerne brød over Yukon River. Bugtet vandveje, fuld af opløst organisk stof efter en sommer med regn og tø, var farven på te.
Efter at have tilbragt en dag i en high-tech, videnskab fly, CIPHER felt stedet føles overraskende DIY. Det er, hvad der kaldes en “passiv opvarmning” eksperiment, hvilket betyder at i stedet for at bruge energi-hugge varme kabler, forskere bruge smarte tricks til at ændre energi balancen i økosystemet. I dette tilfælde, et plankeværk forårsager flere meter sne at hobe sig op på den eksperimentelle parceller hver vinter. Noget counterintuitively, at sneen virker som et tæppe, isolerende jorden under det fra bitter, -20 grader Celsius og vinterens kulde i Alaska interiør, og holde det omkring to grader varmere.
“Den varmende effekt udbreder sig i vækstsæsonen, hvor jorden på den isolerede side er en grad varmere end den kontrol side, og der er årsag [yderligere] tø,” Taylor forklarer.
Området sæson starter i April, med to uger for at skovle for at opnå lignende sne højder på kontrol og eksperimentelle grunde ved starten af foråret smelte. Når vækstsæsonen begynder, Taylor og et par felt teknik er her hver dag, måle det aktive lag dybde, indsamling af jordprøver til analyser i laboratoriet, og indsamling af data fra en række instrumenter. Plexiglas kasser kaldte “autochambers” med jævne mellemrum tæt med henblik på at måle CO2 i luften omkring de parceller, der fortæller forskerne, hvordan anlægget kulstofoptagelse, og “respiration” af planter og jord, ændres i løbet af vækstsæsonen.
Felteksperimenter som CIPHER afsløre en grad af nuance til at flytte permafrost dynamik, at undersøgelser fra fly gå glip af. “I de første tre år af forsøget, at du har set en stigning i både [plante vækst og respiration”, da jorden varmet op, Taylor siger. Men i løbet af de sidste par år, er nogle af de varmede plots er begyndt at vise tegn på vand mætning og slumping, mens andre har været forholdsvis tørt. “Med stigende tø, der er stigende variation på tværs af landskabet,” siger hun.
Uanset om landskaber bliver vådere eller tørrere stor betydning, når det kommer til metan, som frigives af bakterier, der trives under ilt-fattige (og typisk vand-mættede) betingelser. Skift i den dominerende vegetation på grund af klimaforandringerne kan også have en effekt, ifølge Jonathan Nichols, Columbia University paleoecologist der undersøgelser af plante-fællesskaber af Alaskas North Slope. Som Nichols forklaret, spagnum mos tildækning mange nordlige tørvemoser vært bakterier, der omsætter metan til CO2, inden det slipper jorden. Men halvgræsser, som kan begynde at tage over, hvis landskaber bliver mere tørt, er “som metan springvand,” bogstaveligt talt kanalisere de ting ud af jorden gennem deres strå-lignende væv. “Så hvis du overgangen fra tørvemoser, spagnum til siv, halvgræsser skabe dette fast-track-kanal for metan fra undergrunden til at nå atmosfæren,” sagde han. Pludselig jord revner begivenheder, som forskerne er begyndt at se i vinteren på Alaskas North Slope, kan også frigive pulser af metan.
Vigtigere er, at forskerne mener, at de forskydninger, de er vidne til i dag—lidt grønnere her, lidt fugtigere der er, men de første tegn på en langt mere dramatiske ændringer, som en kaskade af opvarmning-relaterede økologiske feedbacks udfolde sig.
Varmere og vådere permafrost landskaber kan overgang til fuldgyldigt vådområder; dette er allerede ved at blive vidne til gennem udvidelse af åbent vand damme og såkaldte “thermokarst” funktioner på Alaskas North Slope, og dieback af vandlidende boreale skove i det nordvestlige Canada. “Hvis der er is rige permafrost i jorden, og det begynder at tø, bliver det erstattet af en sø eller oversvømmet vådområde,” Turetsky forklaret. “Det er en katastrofal økosystem ændre. Det er en total game changer for, hvordan systemet er opbygget, og hvordan det kulstof, der er udgivet.”
“Brande bliver større, og de er brændende dybere nede i jorden.”
Tundra landskaber, at varme op og tørre ud, i mellemtiden, er begyndt at se indgreb af træagtige buske. Margaret Revet, en kulstofkredsløb forsker ved Lawrence Berkeley National Laboratory, der studerer permafrost optøning på et netværk af opvarmning eksperimenter og gas flux tårne på Alaskas North Slope, siger udvidelse af buske er årsag landskaber til at blive mørkere, hvilket betyder at mere varme absorption, tidligere smeltevand, og potentielt endnu mere opvarmning og permafrost sammenbrud. “Der er blevet grønnere over hele North Slope,” sagde hun.
Længere mod syd i den boreale skov, opvarmning, tørring, og en uptick i konvektiv skydække og lynnedslag er at have en stærk virkning. “Brande bliver større, og de er brændende dybere nede i jorden,” Turetsky sagde, tilføjer, at brande er nu brændende gennem sæsonen-optøet overflade jord hele vejen ned til permafrosten, lade det være ubeskyttet.
“Når permafrosten har mistet sit tæppe, det er virkelig sårbare,” Turetsky sagde. “Jeg kunne dukke op, og hele mit felt websted kunne være fri af overfladen permafrost,” efter en enkelt dårlig brand sæson. “Det kan ske så hurtigt.”
Dette er ikke blot en hypotetisk: Turetsky og hendes kolleger har været at spore ændringer på suite af områder i Alaska og Canadas Northwest Territories, der brændte i sommeren 2004, en større brand år. “Ti år senere, de har mistet deres permafrost, og de er alle på vej tilbage som løvfældende står,” sagde hun. “Vi er ved at miste vores moss, miste vores nåletræer. Vi er redefinerede naturen af disse skove.”
Alle disse ændringer, selvfølgelig, er at have en indvirkning på de samfund, mod Nord, også. “Antagelsen af frossen jord er bygget ind i så mange ting,” Revet sagde. “Al den infrastruktur, vand, energi, veje, hvor folk bygger deres huse.”
Få steder eksemplificere Nord ‘ s afhængighed af frosne jord som Utqiagvik (tidligere Barrow), en 4500-stærk Inupiaq by på den nordlige spids af Alaskas North Slope det er kun tilgængelige i luften og på havet. Ice-rige permafrost ligger til grund for hele regionen, støtte grusbelagt veje og en broget samling af farvestrålende huse, hvis m er fyldt med hval knogler og caribou huder. Hvert efterår, når jord og vand bliver limet sammen af havis, lokale trek km ud i det Arktiske Ocean for at jage grønlandshvaler, som er en kritisk del af dagpenge kost.
Men selv her op til over 300 km nord for polarcirklen, antagelsen af frossen jord er begyndt at føle sig usikre. Havis er aftaget dramatisk i løbet af de sidste par årtier, bryde op tidligt på sommeren, og vender tilbage meget senere i efteråret. Ifølge NOAA ‘ s National Weather Service, væsentligt varmere efterår—hvilket resulterer i en del af nedsat hav is dække, der er årsag til, permafrosten til at tø mere udførligt, hvilket kan forklare, hvorfor så mange af husene er oppe usikkert over faldt, mættet jorden i slutningen af sommeren. Byen bruger en uforholdsmæssig mængde af tid og penge på at vedligeholde enorme dynger af sand, kaldet volde, der beskytter veje og anden infrastruktur fra hurtige kysterosion, som kun forventes at blive værre, som den is-fri sæson strækker sig længere ind i efteråret. “Der er ikke noget abstrakt eller hypotetiske om klimaændringer på Barrow,” National Weather Service skriver.
Ryan Cody, en GIS-analytiker fra University of Texas at El Paso, der bruger en del af sine somre i Barrow Arctic Research Center lige nord for byen, siger at jorden er blevet synker med en sats på omkring en halv centimeter til en centimeter om året siden begyndelsen af 2000’erne.
“Antagelsen af frossen jord er bygget ind i så mange ting. Alle infrastruktur, vand, energi, veje, hvor folk bygger deres huse.”
Den uge, jeg besøgte, var det en drizzly 45 grader, og trækul skyerne hang lavt på himlen. Efter et møde med Cody på sin lab, iklædt jakker og massive golashes, ledes vi til en km-og-en-halv vandretur ud til Elson-Lagunen, og en stribe af kysten beskyttet af barriere-øer på Utqiagvik ‘ s østlige bred. Den gang var langsom: jorden, en stor flade af gulfarvning af græs og mos, var så dybt optøet i visse steder, at det føltes som at gå på en moon bounce. Som tåge samlet op og begyndte at tåge mine briller, jeg prøvede ikke at tænke på hvor let det ville være at få tabt ud her.
Til sidst og uden advarsel, tundraen gav måde at bluffe med udsigt over en øde kystlinjer. Pas på ikke at glide, vi gjorde vores vej ned tykke blokke af eroderede jord til vandet. Som vi stod og så tilbage på bluff, jeg fik min første rigtige glimt af jorden, jeg havde været på vandring på tværs, der flyver over, og tale med forskerne om hele ugen.
En mur af is omkring otte meter høj mødtes vores øjne. På toppen af isen sat en anden fod eller to af sort, organisk-rige jord, massive klumper, som har været klart hamskifte ud hele sommeren. Isen kile sig, smurt med striber af en glat, grå ler, var våd til at røre ved. Små vener af vand, der er sivet ned til kysten.
Ifølge Cody, dette bluff mister omkring en meter af jorden om året. Andre steder langs lagunen, kystlinjen er vigende fire gange så hurtigt. Mens Cody siger, at de fleste af erosion her betragtes som naturlige, forskere bekymring om, at øget bølger og stormflod vil få byen til at afgive jord hurtigere i fremtiden. “Vi er i front af erosion til endnu et par år, sandsynligvis, og så er det noget, fællesskabet er gonna nødt til virkelig at tumle med, tror jeg,” Anne Jensen, en etnografisk arkæolog, der har brugt år på at udgrave en hastigt udhulet, 1.000 år gamle Inupiaq forlig, et par miles nord for her, har fortalt mig.
Den samme ting, eller et kursus, der sker over hele Arktis. Landet er optøning, isen er vigende, og liv er under forandring. Utqiagvik er, på mange måder, heldige—andre steder, folk er allerede ved at blive tvunget til at pakke og flytte. Men hvis de advarselstegn forskere er vidne til op Nord gøre noget for at skubbe samfundet i retning af en lav-carbon future, de ændringer, der vil fortsætte med at accelerere.
“Der er momentum i systemet,” Turetsky sagde. “Og jeg tror, vi kommer ikke til at være i stand til at stoppe det.”
Denne artikel blev foretaget med midler fra Deltager Medier, skaberen af “En Ubekvem Efterfølger: Sandheden til Magten.”