Permafrost – en tickande kolbomb under våra fötter
De kallaste delarna av Arktis och subarktis har länge betraktats som ett gigantiskt kassaskåp där kol förvarats i tusentals år. Nu börjar det kassaskåpet sakta öppnas. Den hittills frusna marken – den så kallade permafrosten – tinar, och mikroorganismerna som sovit i den vaknar till liv. Ny forskning antyder att dessa mikrobers "meny" är betydligt rikhaltigare än man tidigare trott, vilket kan utlösa en extra våg av koldioxid- och metanutsläpp.
Permafrost är mark som förblir frusen i minst två år i följd – ofta under hela århundraden. Den förekommer framför allt i norra Ryssland, Kanada, Alaska, arktiska regioner och i höga bergstrakter. I detta frysta underlag har rester av växter, rötter, mossa och annat organiskt material samlats i tusentals år och skapat enorma kolreserver.
Forskare uppskattar att permafrosten innehåller mer än dubbelt så mycket kol som det som i dag finns i hela atmosfären. Så länge marken förblir frusen är detta kol relativt säkert. Problemet uppstår när isen börjar tina.
Permafrost är ett av jordens största naturliga kollager. När den tinar sätts processer igång som kan påskynda klimatuppvärmningen – helt oberoende av utsläpp från fabriker, bilar och kraftverk.
I takt med att klimatet värms upp tinar allt fler lager av permafrost. Bakterier och andra mikroorganismer väcker till liv och börjar bryta ned länge dödd organisk materia. Biprodukten av denna process är växthusgaser: koldioxid (CO₂) och metan (CH₄). Det sistnämnda är särskilt problematiskt eftersom det på kort sikt värmer planeten många gånger kraftigare än CO₂.
Hungrigare mikrober, större problem
Tidigare klimatmodeller tog visserligen hänsyn till utsläpp från tinande permafrost, men de byggde på antagandet att en del av kolet skulle förbli otillgängligt för mikroberna. Det handlade om föreningar som ansågs svåra att bryta ned – bland annat sådana som är rika på så kallade polyfenoler. Dessa ämnen känner vi igen från te, kaffe och rött vin, och i naturen fungerar de som skyddande substanser i växter.
Ett forskarlag från University of Colorado har nu visat att detta antagande kan vara felaktigt. Forskarna undersökte hur mikroorganismer från jordar liknande permafrost hanterar polyfenoler i syrefria förhållanden – precis de förhållanden som uppstår när vattenmättad, tinande mark bildas.
De nya rönen visar att en del av det kol som tidigare ansågs stabilt och "orörbart" i verkligheten kan omvandlas till växthusgaser av specialiserade mikroorganismer.
Forskarna jämför det med ett skafferi fullt av olika snacks. Tidigare modeller antog att mikroberna i första hand skulle äta upp de "enkla och lättsmälta" föreningarna. Polyfenolerna förväntades vara som en "stark, märklig rätt" som organismerna helst undviker. Den nya forskningen visar att vissa mikroorganismer klarar av den "starka köket" alldeles utmärkt och mer än gärna tar sig an dessa komplexa föreningar.
Varför polyfenolerna har blivit så avgörande
Polyfenoler är en bred grupp kemiska föreningar som finns naturligt i växter. De har antioxidativa egenskaper och marknadsförs ofta som hälsosamma. Ur ett klimatperspektiv är dock något annat centralt: länge antog man att dessa ämnen i marken kan blockera de enzymer som bryter ned organiskt material – med andra ord hindra mikroberna från att komma åt en del av kolet.
De nya resultaten visar att mikroorganismerna kan "bita sig igenom" även sådana barriärer. Dessutom sker detta i syrefria miljöer – alltså precis där vattenmättad permafrost tinar. Det innebär att utsläppsprocessen kan bli både intensivare och mer utdragen i tid än vad tidigare scenarier förutsåg.
Varför detta förändrar klimatplanen
Om mikroberna förmår bryta ned en större andel av det lagrade kolet ökar mängden CO₂ och CH₄ som når atmosfären före seklets slut. Tidigare uppskattningar antydde att utsläppen från permafrost fram till år 2100 kan motsvara dagens utsläpp från stora industrialiserade länder.
De senaste resultaten tyder på att denna "dolda" koldel – som hittills ansetts säker – kan öka den totala klimatpåverkan avsevärt, även om exakta siffror fortfarande behöver preciseras.
Forskarna betonar att ytterligare experiment behövs, med olika jordtyper, temperaturer och fuktighetsnivåer. Målet är att bättre integrera dessa processer i de klimatmodeller som används av bland annat FN:s klimatpanel (IPCC) och de regeringar som planerar sin energipolitik.
Idén om att "låsa in" kolet i permafrosten tappar trovärdighet
Parallellt med permafrostforskningen har en annan teoretisk idé diskuterats: skulle man kunna förstärka de naturliga enzymblockeringarna i marken för att hålla kvar mer kol under jord? Konceptet byggde på tanken att tillsätta polyfenoler till tinande permafrost för att "bromsa" mikroorganismerna och minska utsläppen.
De nya rönen ifrågasätter kraftigt ett sådant scenario. Om mikroberna behandlar polyfenoler som ytterligare en energikälla kan det tvärtom accelerera de biologiska processerna och påskynda frigöringen av kol till atmosfären.
Strategier som går ut på att artificiellt "söva" permafrostens mikrober med hjälp av tillsatta ämnen kan inte bara misslyckas – de kan till och med förvärra problemet.
I praktiken innebär detta att hoppet om ett enkelt tekniskt knep för att låsa in kolet i permafrosten verkar alltmer illusoriskt. I stället för att experimentera med kemi i arktisk jord pekar forskarna på en annan väg: att minska utsläppen från fossila bränslen och bromsa den fortsatta uppvärmningen av planeten.
Permafrost i ett bredare återkopplingssystem
Tinande mark är en av de så kallade återkopplingsmekanismerna i klimatsystemet. Det innebär att uppvärmningen startar en process som i sin tur förstärker uppvärmningen ytterligare. För permafrostens del ser mönstret ut så här:
- Temperaturen stiger och tinar den eviga permafrosten,
- mikroorganismerna bryter ned mer organiskt material,
- ytterligare CO₂ och CH₄ frigörs till atmosfären,
- medeltemperaturen höjs ännu mer,
- nya lager permafrost börjar tina.
Permafrost är inte det enda elementet i denna kedja. Med uppvärmningen följer också smältande havsisen i Arktis, vilket förändrar albedot – ytans förmåga att reflektera solstrålning. Mindre is innebär mer mörkt vatten som absorberar värme och ytterligare accelererar uppvärmningen av polarregionen. Sammantaget skapar detta ett sammankopplat system av ömsesidigt förstärkande processer.
De viktigaste gaserna från tinande permafrost
| Gas | Källa i permafrost | Klimatpåverkan |
|---|---|---|
| Koldioxid (CO₂) | Nedbrytning av organiskt material under syrerika eller delvis syrerika förhållanden | Verkar länge och svarar för större delen av den globala uppvärmningen på hundratals års sikt |
| Metan (CH₄) | Nedbrytning av organiskt material i syrefria miljöer, t.ex. i vattenmättad, tinande mark | Kortare livslängd i atmosfären än CO₂, men värmer betydligt kraftigare på kort sikt |
Vad detta innebär för klimatpolitiken
För beslutsfattare är slutsatserna från denna forskning tämligen obekväma. Permafrosten kan i framtiden bli en stor och svårkontrollerad källa till växthusgaser – och människan kommer inte att kunna "stänga av kranen" när processen väl tagit fart. Till skillnad från ett kraftverk eller en bil går det inte att enkelt stoppa tinande mark när den väl satts i rörelse.
Tidigare klimatanalyser betraktade ibland permafrostutsläpp som mindre viktiga jämfört med industri och energiproduktion. Nu talas det alltmer om att dessa naturliga utsläpp måste inkluderas med större noggrannhet, eftersom de i framtiden kan försvåra uppnåendet av mål som att begränsa uppvärmningen till 1,5 eller 2 grader Celsius.
Varför varje ton CO₂ fortfarande spelar roll
Inför informationen om svårkontrollerade processer i Arktis uppstår ibland en känsla av maktlöshet: om naturen ändå "fyller på" utsläppen, varför ska vi då minska de mänskliga? Vetenskapen svarar på detta tämligen tydligt: ju mindre extra värme som tillförs klimatsystemet, desto långsammare aktiveras mekanismer som permafrosttining.
Ju snabbare vi minskar förbränningen av kol, olja och gas, desto större är chansen att en del av permafrostens kol stannar kvar under jord längre – i stället för att ta sig upp i atmosfären.
Varje minskning av utsläpp från energisektorn, transporter och jordbruk reducerar risken att passera trösklar där naturen själv börjar driva på ytterligare uppvärmning. Permafrosten är ett av de ställen där sådana trösklar kan ligga närmare än vi hittills anat.
Att förstå den komplexa forskningen om permafrost
Ämnen kopplade till permafrost beskrivs ofta med ett specialistspråk fullt av kemiska föreningars namn och biologiska processer. I praktiken handlar det om tre enkla saker: hur mycket kol finns under jord, hur snabbt kan mikroorganismer "äta upp" det, och i vilken form tar det sig upp i luften. Den nya forskningen från University of Colorado handlar om det mellersta ledet: den visar att mikrobernas diet är rikare än man tidigare trott.
För den genomsnittlige läsaren kan det vara användbart att tänka på permafrosten som ett stort, naturligt lager av växtavfall. Så länge temperaturen är låg är detta lager förseglat. När den stiger startar en långsam "komposteringsprocess" – och den gas som bildas är just CO₂ och CH₄. Polyfenolforskningen visar att detta kompost kan vara aktivare och mer "produktivt" än vad enkla modeller tidigare förutsåg.
