Mūžīgā sasaluma zemes (2914/14)

Jaunākais IPCC (Intergovermental Panel on Climate Change) ziņojums (http://www.ipcc.ch/report/sr15/) liecina, ka globālās sasilšanas ierobežošana 1.5 grādu robežās ir grūti sasniedzama, bet ne neiespējama. Viens no grūti prognozējamajiem faktoriem šajā klimata pārmaiņu jautājumā ir mūžīgā sasaluma zemes ar tajās apslēpto potenciālu. Jau tagad ir novērojamas būtiskas izmaiņas šajos reģionos, kas liecina, ka, turpinoties temperatūras kāpumam, varam sagaidīt dažus ne tik patīkamus pārsteigumus no zemēm, kuras daudzus gadsimtus savā gūstā bija turējis aukstums un ledus. Piedāvāju nelielu ieskatu pētījumos par šo reģionu attīstību un iespējamo ietekmi uz tālākajām klimata pārmaiņām.

Kāpēc mūžīgā sasaluma zemes ir nokļuvušas uzmanības lokā? Jo tajās slēpjas milzīgs daudzums oglekļa dioksīda un metāna. Organiskais materiāls sasalušā formā nepiedalās bioloģiskajos procesos. Līdzīgi kā nafta, dabasgāze un ogles, mūžīgā sasaluma zemes ir agrāko bioprocesu rezultātā radušās fosilā oglekļa rezerves. Atšķirībā no resursiem, kurus cilvēks var un izmanto enerģijas iegūšanai, mūžīgā sasaluma augsne nav energoefektīvi krājumi un līdz šim nav radījusi vērā ņemamu interesi izmantošanai tautsaimniecībā. Nevarētu teikt, ka arī pēc atkušanas šie reģioni būs ekonomiski nozīmīgi kā potenciālās lauksaimniecības zemes kaut kādu kultūru audzēšanai. Tomēr aptuveni 20% šo reģionu ir pakļauti atkušanas riskam un sekojošai siltumnīcas efektu radošo gāzu izdalei. [1, 2]

Jēlas universitātes zinātnieku veiktais pētījums [3] liecina, ka tieši mūžīgā sasaluma zemēs atbrīvotais oglekļa daudzums būs vislielākais. Aukstums bremzē mikrobioloģisko aktivitāti un mirusī organika šādos apstākļos praktiski nesadalās. Savukārt, paaugstinoties temperatūrai, mikrobioloģiskā aktivitāte palielināsies un līdz ar to aktīvāk sadalīsies organiskais materiāls, izdalot atmosfērā gan ogļskābo gāzi, gan metānu. Minētajā pētījumā tiek prognozēts, ka temperatūras paaugstināšanās par vienu grādu atbrīvos aptuveni 30 petagramus oglekļa (aptuveni 2 reizes vairāk nekā gada laikā cilvēka darbības rezultātā nonāk atmosfērā). Ņemot vērā šī brīža prognozes par temperatūras attīstību, ir redzams, ka šis scenārijs ir visai iespējams. Tādejādi antropogēnajam faktoram pievienosies arī iespaidīgās rezerves no mūžīgā sasaluma zemēm.

Tomēr SEG (siltumnīcas efekta gāzes) nav vienīgais pamats uztraukumam. Upes, kuras tek cauri mūžīgā sasaluma zemēm, mainās ķīmiski. Notiek pārmaiņas arī šo upju hidroloģiskajā ciklā, kas ietekmē ne tikai savvaļas floru un faunu, bet arī cilvēkus, kas dzīvo šo upju tuvumā un pārtiek no to resursiem. Piemēram, Jukonas upe Aļaskā [4]. Tā un citu mūžīgā sasaluma zemju ūdenskrātuves atrodas reģionos, kur bioloģiski aktīvs slānis ir augsnes virskārta, kas atkūst siltajos gadalaikos un sasalst pārējā gada laikā. Zem šī aktīvā, plānā slāņa atrodas biezāks pastāvīgi sasalis slānis, kas praktiski nepiedalās ūdens bagātināšanā ar dažādiem savienojumiem. Paplašinoties aktīvajam slānim, mainās ne tikai virszemes ūdeņu, bet arī pazemes ūdeņu ķīmiskais sastāvs. Ar organiku bagātāki ūdeņi nonāk upēs un ar tām saistītajās jūrās un okeānos. Pagarinoties laikam, kurā upe nav sasalusi, palielinās krasta erozija, kā rezultātā upē tiek ieskalots vēl vairāk barības vielu. Vietējās komūnas vairs nevar upi izmantot tradicionālajos veidos, kā arī arvien biežāk tās krastos novērojami katastrofāli plūdi.

Līdzīgu pētījumu zinātnieki veiks CACOON projekta ietvaros [5], analizējot, kā mainās Ziemeļu Ledus okeāna piekrastes zonas, pastiprinoti kūstot mūžīgā sasaluma slānim un palielinoties organisko vielu un minerālsavienojumu pieplūdei.

Interesants ir veids, kā sasalst aktīvais slānis. Pazeminoties temperatūrai, tas atdziest un sāk salt uzreiz no divām pusēm - no mūžīgā sasaluma slāņa un no virskārtas. Aptuveni mēnesi pēc šī procesa uzsākšanas aktīvā slāņa vidusdaļa vēl nav sasalusi un mikrobioloģiskā aktivitāte turpinās, ražojot ogļskābo gāzi un metānu. Pavasarī, kad aktīvais slānis sāk kust, šīs gāzes atbrīvojas, kas izskaidro ikgadējo SEG pulsāciju [6]. Zinātnieki uzskata, ka agrā pavasarī novērotās gāzu izplūdes kļūs biežākas, paaugstinoties globālajai temperatūrai, jo tās ir saistītas ar lietu pavasaros un atkārtotu sasalšanu, kas izraisa zemes virskārtas plaisāšanu un sekojošu gāzu izplūšanu.

Mūžīgā sasaluma zemes slēpj vēl vienu bīstamu aģentu, kas varētu atbrīvoties, palielinoties aktīvajam slānim. Tas ir dzīvsudrabs. Tiek lēsts, ka mūžīgā sasaluma slānī slēpjas aptuveni 793 gigagrami dzīvsudraba. [7] Tas ir aptuveni 10 reizes vairāk nekā cilvēka radītais dzīvsudraba piesārņojums pēdējo 30 gadu laikā. Atbrīvojoties, tas ar mikroorganismu palīdzību veido savienojumus, kas ir neirotoksiski dzīvajiem organismiem. Daļa dzīvsudraba nonāktu atmosfērā un ietekmētu arī tos pasaules reģionus, kas neatrodas mūžīgā sasaluma zemēs vai to tuvumā. Protams, visbūtiskāk tiktu skarti tieši vietējie iedzīvotāji un vietējā fauna.

Arktika jau tagad mainās. Parasti šie reģioni mums saistās ar ledu, sniegu, aukstumu, kādu ziemeļbriedi vai leduslāci. Jaunākie dati rāda, ka Arktika kļūst arvien zaļāka un zaļāka. [8] Tundra, kādu to apguvām ģeogrāfijā, sāk pārvērsties par boreālo mežu. Protams, pagaidām bez kokiem. Dati liecina, ka aptuveni 16% platību, kur pirms aptuveni 30 gadiem aukstums būtiski ierobežoja veģetācijas veidošanos, mūsdienās jaur ir krietni zaļākas. [9] 2100.gadā vairs tikai 20% teritorijas būs pārāk aukstas, lai tur nekas prātīgs neaugtu. 80% platību būs zaļas un kļūs vēl zaļākas. Tas nozīmē ne tikai izmainītas ekosistēmas, bet arī izjauktu oglekļa aprites ciklu. Piemēram, augstāka veģetācija labāk uzkrāj sniegu un veido izolējošo slāni, kas neļauj aktīvajam slānim sasalt. [10]

Papildus arvien rūkošajam sasaluma slānim, Arktikā parādās jauni veidojumi - termokarsta ezeri. Šīs ūdenskrātuves veidojas, kad izkūst zem virskārtas apslēptais ledus. Šķidrais ūdens savukārt veicina tālāku sasaluma slāņa kušanu, atbrīvojot mikroorganismus, kas ražo metānu un ogļskābo gāzi. Atsevišķos pētījumos tiek uzsvērts, ka šādā veidā izkusušais slānis nav mērāms centimetros bet metros [11, 12], strauji atbrīvojot iesaldētās organiskās vielas, kuras kļūst pieejamas mikroorganismiem.

Mūžīgo sasalumu grauž ne tikai iekšēji procesi. Atskats vēsturē ir palīdzējis saprast, ka katastrofāla oglekļa atbrīvošanās ir notikusi arī Ziemeļu Ledus okeāna krastu erozijas rezultātā. Jūras līmenim ceļoties, okeānā iebrūk plaši piekrastes apgabali un tādejādi atbrīvojas šajos slāņos apslēptā biomasa, kuru aktīvi sadala okeānā mītošie mikroorganismi. [13] Atsevišķās vietās krasts tiek izskalots ar ātrumu aptuveni 20 metri gadā. Ņemot vērā jūras līmeņa paaugstināšanos, šis process kļūs tikai aktīvāks, kas nozīmē, ka vēl lielāks daudzums ogļskābās gāzes un metāna nonāks atmosfērā un okeānā.

Pat īpaši nepiepūlot prātu, ir skaidrs, ka šis process ir sevi uzturošs - jo siltāks klimats, jo aktīvāk kūst mūžīgā sasaluma slānis, erodē krasti un arvien vairāk organiskās vielas nokļūst upēs un okeānos. Šobrīd jau vairs nevaram domāt par kušanas apturēšanu, bet tikai par apmēriem, kādos tā notiks un cik daudz SEG nonāks atmosfērā. Katrā ziņā, plānojot nākotnē pieļaujamos emisiju budžetus, nāksies ņemt vērā ne tikai antropogēno izmešu daudzumu, bet arī SEG avotus, kuri atrodami dabā, kā arī to, kā mainīsies oglekļa uzkrāšana dabīgajos rezervuāros, klimatam turpinot mainīties.

Ledus kūst... 

1. New permafrost map shows regions vulnerable to thaw, carbon release (http://news.uaf.edu/permafrost-thermokarst-map/)
2. Arctic Circumpolar Distribution and Soil Carbon of Thermokarst Landscapes, 2015 (https://daac.ornl.gov/SOILS/guides/Thermokarst_Circumpolar_Map.html)
3. Losses of soil carbon under global warming might equal U.S. emissions (https://news.yale.edu/2016/11/30/losses-soil-carbon-under-global-warming-might-equal-us-emissions)
4. Permafrost Loss Dramatically Changes Yukon River Chemistry and Hydrology with Potential Global Implications (https://www.usgs.gov/news/permafrost-loss-dramatically-changes-yukon-river-chemistry-and-hydrology-potential-global)
5. Study examines the impact of thawing frozen carbon on the Arctic Ocean (https://www.northumbria.ac.uk/about-us/news-events/news/2018/07/study-examines-the-impact-of-thawing-frozen-carbon-on-the-arctic-ocean/)
6. Scientists Measure Pulse of CO2 Emissions During Spring Thaw in the Arctic (https://newscenter.lbl.gov/2016/12/14/scientists-measure-pulse-co2-emissions-spring-thaw-arctic/)
7. Scientists find massive reserves of mercury hidden in permafrost (https://news.agu.org/press-release/scientists-find-massive-reserves-of-mercury-hidden-in-permafrost/)
8. New Study: The Arctic Carbon Cycle is Speeding Up (https://www.nasa.gov/feature/jpl/new-study-the-arctic-carbon-cycle-is-speeding-up)
9. Ecosystems Are Getting Greener in the Arctic (http://newscenter.lbl.gov/2018/08/20/ecosystems-are-getting-greener-in-the-arctic/)
10. Arctic plants grow taller amid warming climate (https://www.ed.ac.uk/news/2018/arctic-plants-grow-taller-amid-warming-climate)
11. ‘Abrupt thaw’ of permafrost beneath lakes could significantly affect climate change models (https://news.uaf.edu/abrupt-thaw-of-permafrost-beneath-lakes-could-significantly-affect-climate-change-models/)
12. Unexpected Future Boost of Methane Possible from Arctic Permafrost (https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/unexpected-future-boost-of-methane-possible-from-arctic-permafrost)
13. Coastal erosion in the Arctic intensifies global warming (https://www.awi.de/nc/en/about-us/service/press/press-release/coastal-erosion-in-the-arctic-intensifies-global-warming.html)