De wetenschappelijke definitie van permafrost is: “een bodem waarvan de temperatuur gedurende meer dan twee jaar op of onder 0°C blijft”. De jaarlijkse gemiddelde temperatuur is de belangrijkste factor voor het bestaan van permafrost. In gebieden die erdoor bedekt zijn dooit enkel de bovenste 30 tot 100 cm (de zogenaamde actieve laag) elke zomer, en herbevriest deze tijdens de winter. De dikte van de permafrost varieert van enkele meters tot meer dan 150 meter.
Permafrost wordt gewoonlijk gevormd in gebieden met een gemiddelde jaarlijkse luchttemperatuur onder 0°C. Uitzonderingen vinden we in winternatte bosklimaten zoals noordelijk Scandinavië en Noordoost-Rusland ten westen van de Ural, waar sneeuw werkt als een isolerend deken. De permafrost bedekt op dit moment 20% van ‘s werelds landoppervlakte (zo’n 25 miljoen km²) en 25% van het noordelijk halfrond. De uitgestrektheid van de permafrost in Azië is zeer omvangrijk (figuur hieronder).
Uitbreiding van de permafrost in het noordelijk halfrond - Bron: UNEP
Uitbreiding van de permafrost in Azië (van diepe permafrost in rood tot
ondiepe permafrost in roze) - Bron: Atlas of the Cryosphere
Wat gebeurt er met de permafrost?
Uit langetermijngegevens van permafrost-oppervlaktetemperatuur, afkomstig van verschillende delen van de permafrostzone in de noordelijke gebieden, blijkt dat er de laatste dertig jaar een significante opwarmingstrend is geweest. De bodemtemperatuur evolueert samen met de luchttemperatuur, met een meer uitgesproken opwarming in de lagere breedtegraden (tussen 55° en 65° noord). De permafrostband die zich uitstrekt van Siberië tot Alaska en Canada (de continentale landmassa die rond de noordpool ligt) zou echter driemaal sneller dan verwacht kunnen beginnen dooien gezien de snelheid waarmee het Noordpoolzeeijs aan het verdwijnen is. Hoe kleiner de oppervlakte van het zeeijs, des te minder zonlicht er wordt gereflecteerd en des te meer warmte er wordt geabsorbeerd.
Wat zijn de gevolgen van het dooien?
Toegenomen permafrosttemperaturen veranderen veel van de fysische eigenschappen van permafrost, met soms negatieve gevolgen voor de door mensen gemaakte infrastructuren.
Het dooien van de permafrost zou ook de biodiversiteit van het gebied in gevaar brengen. Permafrost beïnvloedt immers plantengemeenschappen en biomassaproductie door middel van de bodemtemperatuur, de dikte van de actieve laag, vochtgehalte, de eventuele aanwezigheid van vloeibaar water en oppervlaktehydrologie. De huidige veranderingen in het thermale regime van de permafrost en de dikte van de actieve laag zijn van invloed op de diversiteit van de flora en de biomassa in alle gebieden die door deze bevroren bodemlaag worden bedekt.
Langetermijndegradatie van de permafrost zal ook onophoudelijk de omstandigheden verbeteren voor ondergrondse waterdrainage (vooral in zandige bodems), wat resulteert in een toegenomen droogte van de bodems, met veel stress op de vegetatie tot gevolg. Verbeterde drainage-omstandigheden zullen er ook voor zorgen dat het grote aantal meertjes in het slinkende permafrostgebied zal afnemen, met dramatische gevolgen voor de aquatische ecosystemen die er aanwezig zijn.
En tot slot, het dooien van de Arctische permafrost zou de opwarming van de aarde fel kunnen verergeren door het vrijkomen van enorme hoeveelheden opgeslagen broeikasgassen, in het bijzonder methaan.
Kusterosie van permafrost rijk aan modder langsheen de kustlijn van de Beaufortzee (Drew Point, 2004). Hoogte van de kliffen is 3-4 m. Golven ondergraven de permafrost en zorgen ervoor dat blokken inzakken (midden van de foto). Bron: USGS
Dooiende permafrost doet dit gebouw in Dawson, Yukon overleunen.
Bron: University of Iowa, Department of Geoscience
Het vrijkomen van methaan als gevolg van dooiende permafrost
Van de oceaanbodem
Het is altijd een verontrustend “wat-als” scenario geweest voor klimaatonderzoekers: dat gashydraten die opgeslagen liggen in de Arctische oceaanbodem (harde klompen ijs en methaan die in stand worden gehouden door ijzige temperaturen en hoge druk) onstabiel zouden kunnen worden en gigantische hoeveelheden methaan in de atmosfeer loslaten.
Aangezien methaan als broeikasgas meer dan 20 maal zo sterk is als koolstofdioxide zou dit resulteren in een drastische versnelling van de opwarming van de aarde. Totnogtoe was dit idee grotendeels academisch; wetenschappers hadden gewaarschuwd dat zoiets kon gebeuren. Nu lijkt het waarschijnlijker dat het ook zál gebeuren.
Russische poolwetenschappers hebben stevig bewijs dat de eerste stadia van het dooien al bezig zijn. Siberië. In de permafrostbodem van de 200 meter diepe zee liggen enorme ‘slapende’ voorraden gashydraten opgeslagen in gigantische bevroren sedimentlagen.
De koolstofinhoud van het ijs-en-methaanmengsel wordt hier geschat op 540 miljard ton. Dit onderzeese hydraat Ze hebben het grootste continentaal plat ter wereld onderzocht, voor de kust van Siberië. werd totnogtoe stabiel beschouwd, maar de permafrost is poreus geworden en het continentaal plat is nu al “een bron van methaan die overgaat in de atmosfeer” geworden.
Als dit Siberische permafrostzegel volledig dooit en alle opgeslagen gas ontsnapt zou de methaaninhoud van de atmosfeer van de planeet vertwaalfvoudigen en het resultaat zou een catastrofale opwarming van de aarde zijn.
Russische wetenschappers verzamelden bewijzen voor het verlies aan stevigheid in de bevroren zeebodem tijdens een opmetingscampagne in de Siberische zomer. Het zeewater bleek zwaar oververzadigd met opgeloste methaan. In de lucht boven het water werden op sommige plaatsen tot wel 5 maal de normale hoeveelheden broeikasgassen gemeten. Tijdens helicoptervluchten boven de delta van de Lenarivier werden tot op hoogten van wel 1.800 meter abnormaal hoge methaanconcentraties gemeten.
Van de meren
Een recente studie van twee Siberische dooimeren heeft onthuld dat de noordelijke wetlands een veel grotere bron van methaan zijn dan eerder werd gedacht. Het is van kapitaal belang inzicht te hebben in de bijdrage van de Noord-Siberische dooimeren aan de globale atmosferische methaanconcentratie, aangezien de concentratie van dit krachtige broeikasgas – die het hoogst is op deze breedtegraden – fel is gestegen de laatste decennia en een significante seizoenale sprong vertonen op die hoge breedtegraden.
De studie heeft aangetoond dat de dooiende permafrost langs de randen van de dooimeren (die 90% van de meren in de Russische permafrostzone omvatten) de belangrijkste bron van methaan is in dat gebied. Door middel van een isotoopanalyse om de leeftijd van het methaan te determineren en metingen van de samenstelling van methaanbellen werd ook aangetoond dat een uitbreiding van deze meren tussen 1974 en 2000, een periode van regionale opwarming, voor een toename in de methaanemissies van 58% heeft gezorgd. Aangezien het methaan dat nu in dit studiegebied wordt uitgestoten dateert van het Pleistoceen, is het duidelijk dat de opwarming van de aarde heeft geleid tot het vrijkomen van oude koolstofvoorraden die ooit werden opgeslagen in de permafrost.
Bronnen
Arctic thaw threatens Siberian permafrost
A Storehouse of Greenhouse Gases Is Opening in Siberia
How rapidly is permafrost changing and what are the impacts of these changes?
Geological survey of Canada
Greenhouse Gas Bubbling from Melting Permafrost Feeds Climate Warming at Much Higher Than Expected Rates
Wikipedia
Links
All about Frozen grounds - The National Snow and Ice Data Center
Frozen Grounds - Global Outlook for Ice and Snow - UNEP
Spring Thaw on North Slope and Frozen Ground: An Interview with Permafrost Expert
Deze pagina werd geschreven in 2009, als extra informatie voor de posterserie "10 years of Imaging the Earth"