Arktis blir varmere, og det gjør at permafrosten tiner. Dette får mikrober i jordsmonnet til å bryte ned organisk materiale i jorden raskere. Denne økte nedbrytingen vil føre til økt utslipp av klimagasser. Noe av det vil slippes ut som karbondioksid, CO₂, noe som metan, CH₄. Målt over 100 år vil metan være en 25 ganger mer potent klimagass enn CO₂. Når man i tillegg vet at arktiske områder varmes opp vesentlig raskere enn gjennomsnittet, har dette fått enkelte til å bekymre seg. Noen har til og med kalt permafrosten for en «taus tidsinnstilt bombe». Det er kanskje i drøyeste laget, men at vi bør være på vakt, er samtidig hevet over enhver tvil.

Permafrost: Eldgamle karbonlagre

Enkelt forklart er permafrost jord som har vært gjennomfrossen i minst to år på rad. Store mengder karbon er lagret i permafrost. Globalt anslår vi at rundt 2400 petagram karbon, eller 2400 milliarder tonn, er lagret i jordsmonnet. I tillegg til dette regner vi med at 1600 milliarder tonn ligger i permafrost. Til sammenlikning finner vi 800 milliarder tonn karbon i atmosfæren, mens levende trær og planter utgjør et karbonlager på til sammen rundt 500 milliarder tonn.

Hvorfor er det så mye karbon gjemt i permafrosten? Planteproduktiviteten er jo tross alt lav i arktiske strøk. Somrene er korte, mens vintrene er lange, mørke og kalde. Svaret er at selv om plantene vokser langsomt på tundraen, tar forråtnelsen også svært lang tid. Og hvis den går for langsomt til å veie opp for tilførselen av døde planterester, får vi en netto økning i karbonlageret.

I varmere klima vil mikrober bryte ned det meste av døde planterester på overflaten av jordsmonnet. I Arktis, derimot, vil den kalde temperaturen typisk bevare organisk materiale fra slik rask nedbryting. Når plantene i Arktis feller løv eller visner og dør, faller de døde planterestene til jorden der den langsomt og gradvis inkorporeres i jordsmonnet. Det betyr at over tusen år, eller enda lengre tid, bygges det opp store lagre av dødt organisk materiale.

Vi pleide derfor å se på disse 1600 milliarder tonnene som svært stabile karbonlagre. De lå tross alt i en slags naturlig dypfryser. Vi ser imidlertid i økende grad at når permafrosten tiner, blir disse enorme mengdene av plantemateriale fortært raskere av mikrober. Mikrobene bryter ned de store molekylene i dette organiske materialet til CO₂ og metan, avhengig av miljøforholdene.

Slik forsker vi på permafrost

Forskere har i mange år overvåket permafrost mange steder i verden, og vi finner langsomt ut mer om hva som har skjedd med den. Men kanskje viktigere enn å vite hva som har skjedd, er det å finne ut hva som vil skje når tiningen tiltar, og hvor kraftig klimaet vil påvirkes av gassene som vil bli sluppet ut. Derfor har forskere fra Norge og Canada[modern_footnote] Ledes av Uni Research Klima/Bjerknessenteret, partnere: Institutt for Geovitenskap, Universitetet i Oslo, IRIS-Energy (International Research Institute for Stavanger), St. Francis-Xavier University, Nova Scotia, Canada, NILU (Norsk institutt for luftforskning)[/modern_footnote] plassert ut automatiserte målestasjoner i permafrost nær Iškoras-fjellet i Finnmark[modern_footnote]69,3° N, 25,3° Ø[/modern_footnote].

Casper tar gassprøver fra palsen. Til tross for mye automatisert utstyr, må noen prøver tas manuelt. (Foto: Heather Kay)

 

FAKTA/Pals

Pals er et låneord fra finsk, som brukes om forhøyninger i et myrområde som består av en kjerne av permafrost. Når jorden i palsen fryser også vannet i jordsmonnet. Dermed sprenges jorden oppover, og danner platåer eller hauger. Palsmyr er en svært dynamisk og sårbar landskapstype. Når palsen tiner synker jorden, mens palslaggene blir større, og det blir ofte synlige «arr» av erosjon i landskapet.

Det er kanskje ikke så godt kjent at det finnes permafrost i Norge, men såkalt palsmyr, som finnes blant annet i indre strøk på Finnmarksvidda, består av en kjerne permafrost. Disse fremstår som karakteristiske torvhauger som kan være flere meter høye. Mellom disse haugene finner vi gjerne myr og vannansamlinger, såkalt palslagg, som generelt er fri for permafrost. Når jordsmonnet i palsen tiner, synker haugen langsomt ned i den omkringliggende våtmarken.

Det er nettopp i overgangen mellom palsen og de våte områdene omkring at vi gjør forskningen vår. Der måler vi blant annet utslipp av CO₂ og CH₄, temperatur og fuktighet i jordprofiler, og vi studerer innholdet i vannet i jordsmonnet. Vi velger disse jordprofilene – i ulike gradienter fra helt intakt pals til helt degradert pals som er sunket i myren – fordi dette gjør oss i stand til å lære mer om permafrost i ulike stadier av nedbryting. Dette gir oss et bilde av hvordan forholdene i permafrost endres over tid.

Vi kan for eksempel gjøre målinger der tiningen knapt har startet, der den er tydelig godt underveis, og der permafrosten er helt borte, og den tidligere palsen har sunket under myrvannet. Vi kaller dette gjerne hydrologiske gradienter, men de gir oss samtidig et bilde av hva som kan skje med den intakte palsen i fremtiden.

Dette har vi lært

Når permafrost tiner, er oksygennivået avgjørende for å fastslå hvilke mikrober som dominerer, og hvilken drivhusgass som til slutt slippes ut. Generelt: Jo mer tilgjengelig oksygen, dess mer slippes ut som CO₂. Hvis nedbrytingen finner sted i oksygenfattige omgivelser, som under vann, dominerer de anaerobe prosessene, og mer metan, eller CH₄ slippes ut. Balansen mellom CO₂– og metanutslipp varierer i ulike deler av jordprofilene og over ulike stadier i opptiningsprosessen, og er spesielt interessante for oss forskere. Det er også noe vi trenger å finne ut mer om. Fra det vi har observert så langt, er bildet nemlig mer komplekst enn det man skulle tro.

For eksempel: Hvis vi først og fremst har anaerobe forhold i jordsmonnet, betyr det da at vi dersom vil vi få mer metanutslipp, og dermed en 25 ganger kraftigere oppvarming enn i dag? Svaret på det er nei, og det er to grunner til dette.

For det første er hastigheten i de to prosessene svært ulik. Aerob nedbrytning produserer CO₂, men det går mye raskere enn anaerob nedbrytning. For å illustrere dette, kan vi se på hva som skjer med mat: Tar du pålegg ut av kjøleskapet, tar det kanskje bare noen dager før mikrober bryter den ned såpass at den blir uspiselig. Når du legger ned rakfisk, er det også mikrober som jobber. Men disse jobber anaerobt, og da tar det lang tid. Selv om den ene prosessen ender med en drivhusgass som er 25 ganger sterkere enn den andre, kan det hende at mengdene som produseres over samme tidsrom er helt forskjellige.

For det andre kan balansen mellom de to prosessene være vanskelig å fastslå. Som nevnt ovenfor dominerer anaerobe prosesser i oksygenfattige omgivelser, som under vann og der tiningen er langt framskreden. Dette betyr imidlertid ikke nødvendigvis at det bare er metan som slippes ut ved overflaten. Det er fordi noe skjer med metanet på veien: Bobler av gassen kommer i kontakt med oksygen og aerobe mikrober mens den stiger opp mot atmosfæren. Noen av disse aerobe mikrobene kan fortære metan og produsere CO₂. Det vi ser på overflaten og i atmosfæren i dette tilfellet, er at det er CO₂ som ser ut til å dominere. Men prosessene vi observerer når vi graver litt dypere, forteller en helt annen historie.

Vi finner stadig ut mer om kompleksiteten i disse prosessene, og balansen mellom de ulike mikrobene som er involvert. Og vi trenger å finne ut mer. For å gjøre det, må vi oppholde oss i de ugjestmilde strøkene der vi finner permafrost – året rundt.

FEEDBACK: Slik kan vi lære mer

De fleste forskere som har målt drivhusgasser fra permafrost, har sett på hva som slipper ut ved overflaten. Hvis vi kun var interessert i forholdet mellom CO₂– og metanutslipp, ville det vært tilstrekkelig for oss også. Men vi vil også forsøke å finne ut hva som vil skje i fremtiden.

Fordi vi ser ulik dynamikk på ulike nivå av jordsmonnet i palsen, må vi vite nøyaktig hva som skjer i hvert enkelt nivå for å forstå prosessene og forutse hva som skjer når stadig mer av den tiner opp. Derfor må vi grave dypere for å forstå de bokstavelig talt underliggende prosessene. Det er det vi har holdt på med på Iškoras-feltet. Metodene våre her gjør at vi kan bruke dataene til å simulere hva som vil skje i andre palsområder i fremtiden.

Det neste steget er eksperimentelt: Vi skal teste hypotesene våre på pals som faktisk varmes opp, og benytte den kunnskapen til å bedre spå om fremtiden til permafrost generelt. I prosjektet FEEDBACK[modern_footnote]FEEDBACK-prosjektet, eller «Advancing permafrost carbon climate feedback – improvements and evaluations of the Norwegian Earth System Model with observations» skal gå over tre år, oppstart var i 2016, og Forskningsrådet har finansiert det med til sammen 7 millioner kroner.[/modern_footnote], som er finansiert gjennom Norges forskningsråd, skal vi også lage fremskrivinger. For å hjelpe oss med det, skal vi bygge «drivhus» på vidda, for å måle direkte hva en oppvarming på 1-2 grader vil gjøre med prosessene.

Til slutt: Hva gjør dette med klimaet?

Klimamodellene er helt sentrale i dette prosjektet. Vi er interesserte i hvordan global oppvarming påvirker permafrosten og hvordan tiningen av permafrost vil påvirke fremtidig global oppvarming – noe vi gjerne kaller en feedback-syklus. Denne typen feedback kan vi vanskelig kvantifisere uten å bruke det avanserte rammeverket til klimamodellene.

Når vi studerer permafrost som er i ferd med å brytes ned, gir det oss et blikk inn i fremtiden til den intakte permafrosten. Vi går ut fra at det vi ser i jordprofilene våre er øyeblikksbilder av en prosess der pals bryter sammen og blir til myr. Ut fra dette kan vi ekstrapolere fra det vi ser nå til de vi antar vil skje i fremtiden. Det vil ikke være noen vanntett prediksjon, men det vil bli en forbedring av hvordan de store klimamodellene fremstiller disse prosessene i dag.

Dette er kunnskap vi virkelig behøver. Permafrost er kanskje ikke noen taus tidsinnstilt bombe, men vi trenger å vite mer nøyaktig hva vi virkelig står overfor her i nord.