Co se skrývá hluboko pod arktickou tundrou
Hluboko pod povrchem tundry se začíná dít něco znepokojivého. Půda, která byla tisíce let pevně zmrzlá, se pomalu rozmrzá a uvolňuje obrovské zásoby uhlíku do nově vzniklých jezer a tůní. Vědci varují, že tento proces by se mohl tiše proměnit v jeden z nejsilnějších urychlovačů globálního oteplování.
Arktida se otepluje třikrát až čtyřikrát rychleji než zbytek světa
Teploty v oblasti severního pólu rostou dramaticky rychleji než kdekoliv jinde na Zemi. Měření ukazují, že oteplování je zde třikrát až čtyřikrát vyšší než celosvětový průměr. Nejvíce to zasahuje takzvaný permafrost – půdu, která zůstávala nepřetržitě zmrzlá minimálně dva roky, v mnoha případech však tisíce let.
Permafrost není jen led a kamení. Skrývá v sobě obrovské množství zmrzlých rostlinných zbytků, kořenů a dalšího organického materiálu. Tento organický obsah představuje ohromné zásoby uhlíku – něco jako gigantický mrazák plný odumřelé přírody. Jakmile se tento mrazák otevře, přichází materiál do kontaktu s vodou, vzduchem a bakteriemi.
Rozmrzáním půda klesá, vznikají prohlubně a trhliny a tvoří se nová jezera. Tato takzvaná termokarstová jezera se rychle rozrůstají a během krátké doby se zařezávají do krajiny, přičemž do nich padají stále další části zmrzlé půdy.
Výzkum v srdci východní Sibiře
Mezinárodní vědecký tým se vydal do Centrální Jakutie ve východní Sibiři, oblasti s mimořádně silnou vrstvou permafrostu a překvapivě rychlými změnami. Výzkumníci sdružení v projektu PRISMARCTYC chtěli přesně zjistit, kolik uhlíku z rozmrzající půdy se do těchto jezer dostává a co se s ním dál děje.
Porovnávali různé typy jezer:
- čerstvě vzniklá termokarstová jezera mladší padesáti let
- stará termokarstová jezera stará několik tisíc let
- stará jezera, jejichž břehy nedávno spadly v důsledku nových procesů rozmrzání a sesuvů půdy
Ve všech těchto vodách odebírali vzorky jak rozpuštěného organického uhlíku, tak drobných pevných částic organické hmoty. Pomocí chemických analýz a izotopového výzkumu dokázali určit, odkud uhlík pocházel – zda ze staré rozmrzající půdy, nebo z čerstvé produkce přímo v jezeře, například od řas a vodních rostlin.
Rekordní množství rozpuštěného uhlíku v nejmladších jezerech
Naměřené hodnoty byly pozoruhodně vysoké. V nejmladších jezerech a ve starých jezerech s čerstvě sesutými břehy nalezli vědci rozpuštěný organický uhlík v koncentracích v řádu stovek miligramů na litr. Takové hodnoty jsou pro přírodní jezera považovány za extrémní.
Až tři čtvrtiny rozpuštěného organického uhlíku v těchto jezerech pocházejí přímo z rozmrzajícího permafrostu.
Tento uhlík pochází převážně ze starého materiálu, který byl po staletí až tisíciletí uložen v zmrzlé půdě. Složení molekul a izotopů prozrazuje, že jde o rostlinné zbytky starých civilizací, které se nyní dostávají do jezerní vody.
U pevných částic je situace odlišná. Převážná část organické hmoty v plovoucích částicích vzniká přímo v jezeře. Řasy, bakterie a další organismy si tento uhlík samy budují ze světla a živin. Přísun částic z rozpadajícího se permafrostu je ve srovnání s vnitřní produkcí jezera překvapivě malý.
Ne všechen uhlík skončí jako CO₂ nebo metan
Klíčová otázka pro klimatology zní: kolik z tohoto uvolněného uhlíku se přemění na skleníkové plyny? Mikroorganismy rozkládají organickou hmotu a přeměňují ji mimo jiné na oxid uhličitý (CO₂) a metan (CH₄). Oba plyny zesilují oteplování, přičemž metan je v krátkodobém horizontu mnohem účinnější než CO₂.
Nový terénní výzkum ukazuje, že část rozpuštěného organického uhlíku skutečně uniká z jezer jako skleníkový plyn. Vodní hladiny tak fungují jako komíny, které vracejí starý, dlouho uložený uhlík zpět do atmosféry.
Překvapivě velká část přivedeného starého uhlíku však nezmizí okamžitě jako plyn. Část zůstává ve vodě, jiná část klesá ke dnu jezera, kde se znovu na dlouhou dobu pohřbí v bahnitých vrstvách.
Tání permafrostu vede k přerozdělení starého uhlíku mezi vzduch, vodu a sediment – nejde tedy o jednoduché úplné přeměnění na skleníkové plyny.
Tím se mění celý uhlíkový koloběh v arktických jezerech. Nejde jen o emise, ale také o nové dočasné ukládání. Jak dlouho toto uložení vydrží, závisí na budoucím oteplování, obsahu kyslíku ve vodě a dalších změnách jezerní krajiny.
Proč jsou tato jezera nepostradatelná pro klimatické modely
Globální klimatické modely po dlouhou dobu počítaly hlavně s lesy, oceány a zemědělskou půdou. Termokarstová jezera se do výpočtů buď vůbec nedostala, nebo jen velmi hrubě. Nový výzkum zdůrazňuje, že tato jezera v Arktidě hrají vlastní, složitou roli v uhlíkovém cyklu.
Studie ukazuje, že:
- mladá jezera a jezera s čerstvými sesuvy břehů dostávají obrovské vrcholy přílivu uhlíku
- poměr mezi rozpuštěným a pevným organickým uhlíkem se u každého jezera výrazně liší
- původ uhlíku – starý permafrostový materiál nebo čerstvá produkce – se může u různých forem uhlíku lišit
- ne všechen starý uhlík okamžitě mizí do atmosféry jako CO₂ nebo metan
Pro tvůrce modelů to znamená nutnost zabudovat různorodost: ne jedno standardní jezero pro celou Arktidu, ale celou paletu typů jezer a vývojových stádií. Důležitý je i časový rozměr – mladé jezero se chová jinak než jezero existující tisíce let, do kterého teprve nedávno přišly nové poruchy.
Co přesně je permafrost?
Permafrost není ledová vrstva na povrchu, ale samotná půda, která zůstává trvale zmrzlá. Může se skládat z:
- minerálů a kamení
- ledových čoček a ledových jader
- rostlinných zbytků, kořenů a někdy i živočišného materiálu
- zmrzlých rašelinových vrstev
V mnoha oblastech dosahují tyto vrstvy tloušťky od několika metrů až po desítky metrů. Když rozmrznou, ztrácejí objem, takže vše nad nimi klesá. Budovy a cesty se trhají, stromy se nakloní a mělká údolí se plní vodou a mění se v jezera.
Rizika sebeposilující smyčky
Největší obarou je takzvaná zpětná vazba: oteplování způsobuje rozmrzání, rozmrzání způsobuje emise CO₂ a metanu a tyto emise dále zesilují oteplování. Termokarstová jezera tvoří v tomto procesu klíčový článek.
Možný scénář vypadá takto:
- mírnější zimy a teplejší léta poškozují permafrost
- půda klesá a vznikají jezera
- do jezer se dostává stará organická hmota, která se částečně rozkládá
- CO₂ a metan stoupají z hladiny vody
- extra skleníkové plyny zesilují oteplování, které dále poškozuje permafrost
Nové zjištění, že část uhlíku (prozatím) zůstává v jezeře nebo v bahně, tento obraz mírně nuancuje. Zpomaluje rychlost, s jakou by se veškerý starý uhlík dostal najednou do atmosféry. Přesto jsou celkové zásoby tak obrovské, že i částečné uvolnění může mít celosvětově znatelné dopady.
Co to znamená pro nadcházející desetiletí
Pro tvůrce politik a klimatické plánovače se může sibiřská tundra zdát daleko. Přesto procesy tam probíhající ovlivňují věci, které jsou přímo pozorovatelné i jinde – jako je vzestup hladiny moří a extrémní počasí.
Zrychlení arktických emisí skleníkových plynů může například ovlivnit rychlost, s jakou tají ledové příkrovy a oteplují se oceány. To se projevuje v drahách bouří, vlnách veder a srážkových vzorcích. Pro globální uhlíkový rozpočet je pak stále obtížnější zůstat v rámci dohod, jako je Pařížská klimatická dohoda.
Pro vědce představuje Sibiř zároveň jakési přírodní laboratoře. Přesným měřením zde zjišťují, jak rychle starý uhlík reaguje na vyšší teploty a rozmrzání. Tyto znalosti pomáhají lépe odhadnout, kolik prostoru ještě zbývá pro lidské emise z dopravy, průmyslu a zemědělství.
Pro ty, kdo se zabývají klimatickou politikou, plyne z tohoto výzkumu jasná lekce: opatření zpomalující globální oteplování zároveň snižují riziko, že rozsáhlé oblasti permafrostu vstoupí do scénáře zrychleného rozmrzání. Každá desetina stupně méně může rozhodovat o množství uhlíku, který přejde z arktické půdy přes jezera do atmosféry.
