Vandaag is een groot deel bodems in het Noordpoolgebied bevroren. Maar voor hoe lang nog? Veel wetenschappers verwachten dat het klimaat verder zal opwarmen in de komende eeuw. Hierdoor smelt de permafrost. De enorme hoeveelheid opgeslagen koolstof oxideert en komt in de atmosfeer terecht, voornamelijk als het broeikasgas koolstofdioxide (CO₂). Aan de andere kant wordt er extra koolstof opgenomen door de planten die op de ontdooide bodem groeien. Wie wint? Volgens Edward Schuur (Universiteit van Florida) en collega’s verdwijnt er mee koolstof in de lucht. Een eventuele verdere opwarming heeft dus een zelfversterkend effect, want de extra koolstofdioxide warmt de aarde waarschijnlijk verder op.

De verspreiding van permafrost op het noordelijk halfrond. Het rood is permanente permafrost, terwijl de lichtere kleuren permafrost tijdens een gedeelte van het jaar aangeven. De gletsjers en de ijskap op Groenland zijn roze.

Koolstof

Er zit ongeveer tweemaal zoveel koolstof opgeslagen in de bodem als er nu in de atmosfeer zit. Als al deze koolstof tot CO₂ omgezet wordt, dan stijgt de CO₂ concentratie tot rond de 1150 ppmv. De koolstof zit opgeslagen in de uitgestrekte permafrostgebieden in Alaska, Canada, Europa en Siberië. Het totale oppervlak komt op zo’n 13 miljoen km².

Als dit gebied onder de invloed van een warmer klimaat komt, ontsnapt er ongeveer 1 gigaton CO₂ per jaar naar de atmosfeer. Dat is niet zoveel vergeleken met de 8,5 gigaton die per jaar in de lucht verdwijnt door de verbranding van fossiele brandstoffen. Edward Schuur meldt hierover dat deze uitstoot theoretisch gezien aan banden gelegd kan worden. Theoretisch. Het koelen van de permafrostgebieden zelf is geen optie uiteraard.

Wetenschappers boren in de permafrost van Alaska.

Wikimedia Commons by Nick Bonzey via CC BY-SA 2.0

Wikimedia Commons by Nick Bonzey via CC BY-SA 2.0

Test de bodem

Voor het onderzoek gingen Schuur en collega’s naar Alaska. Daar testten ze bodems die niet tot nauwelijks waren opgewarmd sinds 1990, permafrost bodems die decennialange opwarming ondervonden hadden en bodems daartussenin (15 jaar opwarming). Gedurende twee jaar (2004-2006) registreerden ze de opslag en uitstoot van CO₂.

De netto opname of uitstoot verschilt per seizoen. Vooral in de zomer wordt koolstof opgenomen door de bodem door plantengroei. In de herfst, winter en lente is er juist een nettoverlies. Maar wat gebeurt er op jaarlijkse basis?

De bodems met een middelmatige opwarming verloren jaarlijks 40% meer CO₂ dan de bodems met minimale opwarming. Daartegenover namen bodems met een middelmatige opwarming juist meer koolstof op door plantengroei. Netto namen deze bodems koolstof op. De permafrostbodems die al decennialang opwarmen, verloren 78% meer koolstof dan de bodems met minimale opwarming. Ook hier groeiden planten, maar die konden het verlies niet compenseren. Bij langdurig opwarmen van de permafrost verdwijnt er dus koolstof naar de atmosfeer.

Polygonen in een permafrostbodem.

USGS

Methaan

Met het smelten van de permafrost komt er ook methaan (CH₄) vrij. Dit broeikasgas is 20-25 maal sterker dan CO₂. Methaan komt vooral vrij als de planten onder water ontdooien en oxideren. Dit gebeurt bijvoorbeeld in Siberië, waar veel meren zich vormden door de opwarming aan het einde van de 20e eeuw. De methaanconcentratie is flink gestegen vanaf 1750. Toen was het zo’n 700 ppbv (deeltjes per miljard), terwijl de concentratie nu naar de 2000 ppbv loopt. Dit is veel lager dan de 385 ppmv (deeltjes per miljoen) CO₂ in de atmosfeer. Omdat het zo’n sterk broeikasgas is, zal ook dit gas goed in de gaten gehouden worden. Onderzoekers zijn bezig in de poolgebieden…

Verzakkingen

Voor de bebouwing op de permafrostgebieden is de smelt een ramp. Wanneer het ijs in de grond smelt, wordt de grond instabiel. Water neemt minder volume in dan ijs én is in staat zich te verplaatsen naar lagergelegen gebieden. Hierdoor treden regelmatig verzakkingen van gebouwen op. Sommige mensen gebruiken daarom houten palen of laten hun huis in een bak grind bouwen van 1,5 meter diep. Nadeel? Het is duur.

Het is duidelijk dat de smelt van de permafrostgebieden veel gevaarlijke neveneffecten heeft. Gaat de opwarming door na tien jaar pauze en smelten de permafrostgebieden verder?

Referentie:

Schuur et al., 2009. The effect of permafrost thaw on old carbon release and net carbon exchange from tundra. Nature 459: 556-559.

Zie ook:

• Methaan uit de permafrost en meren (Kennislinkartikel van UU)
• West-Siberisch veen vertraagt klimaatverandering (Kennislinkartikel van UU)
• Komt methaan vrij bij smelten permafrost Siberië? (Kennislinkartikel van KNMI)
• Planten produceren broeikasgas (Kennislinkartikel van UU)
• Kettingreactie veroorzaakte broeikas (Kennislinkartikel)
• Broeikaseffect: vriezen of smoren? (Kennislinkdossier)