Djupt under tundran pågår något alarmerande

Långt nere under den arktiska tundran börjar den en gång permanent frusna jorden att tina upp. Gamla kolförråd som i tusentals år har varit förseglade i is och fruset jordlager strömmar nu ut i stor skala i nyskapade sjöar och vattensamlingar. Forskare varnar för att denna process stilla och sakta kan utvecklas till en av de kraftigaste självförstärkande drivkrafterna bakom den globala uppvärmningen.

Arktis värms upp tre till fyra gånger snabbare än övriga världen

Temperaturerna i Arktis stiger betydligt snabbare än det globala genomsnittet. Mätningar visar en uppvärmning som är tre till fyra gånger högre än världsgenomsnittet. Det drabbar särskilt den så kallade permafrosten — mark som har varit frusen i minst två sammanhängande år, och som i många fall inte har tinat upp på årtusenden.

Permafrost består inte bara av sten och is. Den innehåller också enorma mängder frusna växtdelar, rötter och annat organiskt material. Denna organiska massa rymmer stora koldepåer — jämförbart med en gigantisk frys fylld med död natur. När den frysen brister kommer materialet återigen i kontakt med vatten, luft och bakterier.

När marken tinar sjunker ytan, det uppstår håligheter och sprickor, och nya sjöar bildas. Dessa så kallade termokarstsjöar växer ofta snabbt och äter sig på kort tid genom landskapet, medan ännu mer frusen mark rasar samman.

Forskning i hjärtat av Östsibirien

Ett internationellt forskarlag reste till Centraljakutien i Östsibirien — ett område där permafrosten är ovanligt tjock, och där förändringarna sker med rasande fart. Forskarna, samlade i projektet PRISMARCTYC, ville kartlägga exakt hur mycket kol som frigörs från den tinande marken till dessa sjöar, och vad som därefter händer med det.

De jämförde olika typer av sjöar:

Nyligen bildade termokarstsjöar, yngre än femtio år
Gamla termokarstsjöar, flera tusen år gamla
Gamla sjöar vars stränder helt nyligen har rasat samman på grund av nya tinprocesser och jordskred

I alla dessa vattenområden tog de prover av både löst organiskt kol och små fasta organiska partiklar. Med hjälp av kemiska analyser och isotopundersökningar kunde de fastställa exakt var kolet härstammade från — gammal tinande mark eller nylig produktion i själva sjön, till exempel från alger och vattenväxter.

Rekordmängder löst kol i de yngsta sjöarna

Mätningarna gav anmärkningsvärt höga resultat. I de yngsta sjöarna och i gamla sjöar med nyliga strandkollaps fann forskarna löst organiskt kol i koncentrationer på flera hundra milligram per liter. Sådana värden betraktas som extremt höga för naturliga sjöar.

Upp till tre fjärdedelar av det lösta organiska kolet i dessa sjöar härstammar direkt från tinande permafrost.

Detta kol består övervägande av gammalt material som länge har legat begravt i frusen mark. Molekylernas och isotopernas sammansättning avslöjar att det rör sig om hundra till tusen år gamla växtdelar som nu hamnar i sjöarnas vatten.

För de fasta partiklarna tecknar sig en annorlunda bild. Långt största delen av det organiska materialet i svävande partiklar bildas direkt i själva sjön. Alger, bakterier och andra organismer bygger upp detta kol med hjälp av ljus och näringsämnen. Tillförseln av partiklar från den kollapsande permafrosten visar sig vara betydligt mindre än den interna produktionen i sjön.

Inte allt kol slutar som CO₂ eller metan

En central fråga för klimatforskare är hur mycket av det frigjorda kolet som omvandlas till växthusgaser. Mikroorganismer bryter ner organiskt material och omvandlar det till bland annat koldioxid (CO₂) och metan (CH₄). Båda gaserna förstärker uppvärmningen — metan till och med betydligt kraftigare än CO₂ över kortare perioder.

Den nya fältstudien visar att en del av det lösta organiska kolet faktiskt undkommer sjöarna som växthusgas. Vattenytorna fungerar därmed som skorstenar som pumpar gammalt, länge lagrat kol tillbaka till atmosfären.

Ändå visar det sig att en överraskande stor andel av det tillförda gamla kolet inte omedelbart försvinner som gas. En del förblir i vattnet, medan en annan del sjunker till botten i sjön och begravs igen i bottensedimentlagren under lång tid framöver.

Tiningen av permafrost leder till en omfördelning av gammalt kol mellan luft, vatten och sediment — snarare än en enkel, fullständig omvandling till växthusgas.

Det förändrar hela kolkretsloppetkretsloppet i arktiska sjöar. Det handlar inte bara om utsläpp, utan också om ny tillfällig lagring. Hur länge denna lagring håller beror på framtida uppvärmning, syrehalten i vattnet och ytterligare förändringar i sjölandskapet.

Därför är dessa sjöar oumbärliga för klimatmodeller

Globala klimatmodeller räknade länge främst med skogar, oceaner och jordbruksarealer. Termokarstsjöar förekom ofta bara grovt eller inte alls i beräkningarna. Den nya forskningen understryker att dessa sjöar i det arktiska området spelar en självständig och komplex roll i kolkretsloppetkretsloppet.

Studien visar att:

Unga sjöar och sjöar med färska strandkollaps upplever enorma toppar i koltillförseln
Förhållandet mellan löst och fast organiskt kol varierar kraftigt från sjö till sjö
Kolets ursprung — gammalt permafrostmaterial eller nylig produktion — kan vara olika beroende på kolformen
Inte allt gammalt kol försvinner direkt till atmosfären som CO₂ eller metan

För dem som bygger klimatmodeller innebär detta att de måste arbeta in variation: inte en standardsjö för hela Arktis, utan ett spektrum av sjötyper och utvecklingsstadier. Tidsdimensionen spelar också en roll — en ung sjö beter sig annorlunda än en sjö som har funnits i årtusenden och just nyligen har blivit störd igen.

Vad är permafrost egentligen?

Permafrost är inte ett islager på jordens yta — det är själva marken som är permanent frusen. Den kan bestå av:

Mineraler och sten
Islinser och iskärnor
Växtdelar, rötter och ibland djurmaterial
Frusna torvlager

Många platser finns lager som är meter- till tiotals meter tjocka. När dessa lager tinar förlorar de volym, och allt ovanpå sjunker ner. Byggnader och vägar spricker, träd lutar snett, och låglänta dalar fylls med vatten och bildar sjöar.

Risken för en självförstärkande spiral

Den största oron är den så kallade återkopplingsloopen: uppvärmning leder till tining, tining leder till utsläpp av CO₂ och metan, och detta utsläpp förstärker uppvärmningen ytterligare. Termokarstsjöar utgör en avgörande länk i denna kedja.

Ett tänkbart scenario ser ut så här:

Mildare vintrar och varmare somrar bryter ner permafrosten
Marken sjunker och sjöar uppstår
Gammalt organiskt material hamnar i sjöarna och bryts delvis ner
CO₂ och metan stiger upp från vattenytan
De extra växthusgaserna förstärker uppvärmningen som i sin tur angriper mer permafrost

Den nya upptäckten om att en del av kolet tillsvidare förblir i sjön eller i bottensediment nyanserar denna bild en aning. Det bromsar den hastighet med vilken allt gammalt kol på en gång når atmosfären. Ändå är de samlade reserverna så enorma att även en delvis frigörelse kan märkas på global nivå.

Vad detta betyder för de kommande årtiondena

För beslutsfattare och klimatplanerare kan den sibiriska tundran verka avlägsen och abstrakt. Men de processer som utspelar sig där påverkar förhållanden som märks direkt här hemma — som havsnivåhöjningar och extrema väderfenomen.

Ett accelererat arktiskt växthusgasutsläpp kan exempelvis påverka hastigheten med vilken iskalotter smälter och oceaner värms upp. Det slår igenom i stormbanor, värmeböljor och nederbördsmönster. För den globala kolbudgeten blir det därmed svårare att hålla sig inom ramarna för avtal som Parisavtalet.

För forskare fungerar Sibirien samtidigt som ett naturligt laboratorium. Genom att mäta noggrant här lär de sig hur snabbt gammalt kol reagerar på högre temperaturer och tining. Den kunskapen hjälper till att bedöma hur mycket utrymme som fortfarande finns för mänskliga utsläpp från transport, industri och jordbruk.

För dem som arbetar med klimatpolitik rymmer denna forskning en tydlig lärdom: åtgärder som bromsar den globala uppvärmningen minskar också risken för att stora permafrostområden hamnar i ett accelererat tinscenario. Varje tiondels grad mindre uppvärmning kan göra skillnad för hur mycket kol som förskjuts från arktiska jordar till sjöar och vidare till atmosfären.