Undervattenspermafrost är ett stort, gasigt Wild Card för klimatet

by bernt & torsten

FÖR KRING 20 000 ÅR sedan var världen så kall att massiva glaciärer sög upp tillräckligt med vatten för att sänka havsnivån med 400 fot. När havet drog sig tillbaka frös nyligen exponerad mark och bildade permafrost, en blandning av jord och is som idag breder ut sig längst i norr. Men när världen värmdes upp till det klimat vi njuter av idag (för tillfället), steg havsnivåerna igen och sänkte kustkanterna av den permafrosten, som fortfarande är frusen under vattnet.

Det är en enorm, dold klimatvariabel som forskare tävlar om att förstå. De vet mycket väl att förstörelsen av permafrost på land är en betydande källa till karbon som kommer in i atmosfären. När det tinar mumsar mikrober på det organiska materialet det innehåller och frigör koldioxid (om materialet är ganska torrt) och metan (om den smälta isen bildar en damm). Detta kan bilda en återkopplingsslinga, där mer permafrosttining ger mer utsläpp, som värmer planeten för att tina ännu mer permafrost. Det är ett extra stort problem eftersom Arktis nu värms upp fyra gånger så snabbt som resten av planeten.

Ändå är ubåtspermafrost till stor del ostuderad, på grund av dess otillgänglighet – att hyra ut tid på ett forskningsfartyg är inte billigt någonstans, än mindre i Arktis, och det är mycket svårare att nå för borrprover. Nu, i ett alarmerande dokument som publicerades förra veckan i Proceedings of the National Academy of Sciences, ger ett internationellt team av vetenskapsmän oss en sällsynt titt på vad som händer där nere. Teamet använde oceaniska robotar, som ser ut som torpeder, utanför kusten i norra Kanada och kartlade havsbotten med ekolod. Forskarna upprepade detta flera gånger under loppet av nio år för att få en känsla av hur havsbottens topologi kan förändras och fann att den genomgår en massiv omvälvning.

Resultatet är den oroande bilden som visas ovan – ett massivt sänkhål som indikerar att undervattenspermafrosten har tinat och kollapsat. Det här sänkhålet är en jätte bland dussintals pockmarks som forskarna hittade på havsbotten. Forskare har redan dokumenterat detta våldsamma fenomen, kallat termokarst, på land. Eftersom permafrost är gjord av jord suspenderad i en matris av fruset vatten, krymper marken när den tinar, vilket gör att massiva hål slits ut över det arktiska landskapet. Och som dessa bilder av havsbotten visar, sker det också under vattnet.

Varför händer det här? På land tinar permafrosten eftersom temperaturen stiger. Det finns inga bevis för att havsbottentemperaturen stiger tillräckligt för att initiera upptining. Så det är troligt att upptining inte börjar ovanifrån, utan underifrån. Ubåtspermafrost bildar en tjock kil på kanske flera hundra meter, som driver relativt varmt grundvatten, vilket kan bryta ner permafrosten.

Den långsiktiga biten är viktig. Till skillnad från snabb upptining på land har nedbrytningen av detta undervattensskikt troligen utvecklats över mycket längre tidsskalor – en kvardröjande effekt av hur mycket världen har värmts upp sedan den senaste istiden.

När väl systemen är i rörelse har vi väldigt liten förmåga att ändra riktning på det. Det är inte en bil med ratt – det här är mer som ett stenblock som du trycker upp från toppen av ett berg.

Även om denna undervattensupptining sannolikt drivs av långsiktiga processer, är forskare oroliga att den kan accelerera eftersom Arktis nu värms upp så snabbt. Havets cirkulationsmönster kan också förändras och föra in ännu mer varmt vatten.

Två stora okända är hur mycket undervattenspermafrost som finns och hur mycket växthusgas den innehåller. Forskare kan inte ta prover av varje kvadratfot av den arktiska havsbotten, så istället tittar de bakåt och jämför hur mycket land som exponerades under den senaste istiden för tusentals år sedan med hur mycket som exponeras idag. Detta ger dem en uppfattning om hur mycket permafrost som kan ha bildats och sedan sjunkit under vatten när glaciärerna smälte och havet steg till sin nuvarande nivå. Uppskattningarna varierar, men det kan finnas cirka 775 000 kvadratkilometer undervattenspermafrost, som binder kanske hundratals gigaton organiskt karbon och tiotals gigaton instängd metan.

Metan är ett allvarligt klimathot, eftersom det är 80 gånger så potent växthusgas som CO2 (även om det försvinner från atmosfären mycket snabbare). I markbunden permafrost produceras den när mikrober har vått organiskt material att tugga på – och uppenbarligen är havsbotten ganska våt. Men undervattensmetan kommer också från underliggande avlagringar av naturgas som har läckt upp och fastnat i ett gallerverk av fruset vatten, ett fast ämne som kallas metanhydrat. (Det är i grunden gasig is; den kommer till och med att antändas.) Dessa molekyler sitter där och väntar bara på att en temperaturtröskel ska passeras, och sedan kan de frigöras ganska dramatiskt.

När metan frigörs från undervattens permafrost bearbetar mikrober i sedimentet och vattenpelaren det till CO2. Det är svårt att säga exakt hur tjällossningen kan se ut eftersom ubåtspermafrost är en slags tidskapsel och inte direkt kan jämföras med permafrost på land. När man kombinerar potentiella undervattensutsläpp med den mängd gaser som redan är kända för att släppas ut från land kan klimateffekten bli betydande.

Tänk på den arktiska regionen som jordens frys, som har låst bort karbon i årtusenden. Vi drar nu ut kontakten till frysen ur väggen, vi har den här heta uppvärmningspunkten som har varit en klimatkylande hjälte i tusentals år men som nu har potentialen att faktiskt släppa tillbaka allt det lagrade karbon in i atmosfären.