Po kolana w błotnistej zasuwie zapadniętej alaskańskiej tundry, Elissa Schuett wskazuje na pozostałości jaskini, którą mogła wytrzymać latem ubiegłego roku. Dziś zniknął, pochłonięty przez otwartą paszczę znaną jako termokarst, który nadal maszeruje na zewnątrz, gdy ziemia szybko się topi.
Awarie termokarstu występują, gdy wieczna zmarzlina - warstwa zamarzniętej gleby w regionach polarnych Ziemi - topnieje i staje się niestabilna. Chociaż wydarzenia mają miejsce naturalnie w całej Arktyce, wielu naukowców podejrzewa, że rosnące temperatury na północy powodują powstawanie większej liczby tych cech. Porównując zdjęcia lotnicze z 1985 r. Z ostatnimi zdjęciami, „Możemy teraz z pewną pewnością… stwierdzić, że w niektórych miejscach [jest teraz] od dwóch do pięciu razy więcej tych funkcji niż na początku lat 80.” - mówi William Bowden, ekolog wodny na University of Vermont.
Właśnie dlatego Bowden, jego asystent naukowy Schuett i inni z Toolik Field Station, University of Alaska, Fairbanks, ośrodka badawczego 150 mil na północ od koła podbiegunowego na północnej Alasce, badają wpływ termokarstów na środowisko. Ich praca wpisuje się w długą tradycję badań nad zmianami klimatu w Toolik, która od założenia w 1975 r. Stanowi nieskazitelne laboratorium do badania, w jaki sposób cieplejszy świat przekształci ląd i drogi wodne w Arktyce.
Zrozumienie zmian klimatu i środowiska, według Normana Marcotte z Kanadyjskiej Rady Nauk Przyrodniczych i Inżynieryjnych, jest „palącym problemem” w badaniach arktycznych na arenie międzynarodowej. Stacje badawcze, takie jak Toolik, mają kluczowe znaczenie w przechwytywaniu długoterminowych danych i badaniu problemów w terenie, mówi e-mailem, a Kanada ma plany stworzenia arktycznej stacji badawczej z wieloma takimi samymi elementami jak Toolik.
Chociaż wiele badań arktycznych koncentrowało się na obserwowaniu środowiska, „w Toolik jesteśmy w stanie zagłębić się w to” i „badać, co faktycznie kontroluje wszystkie te procesy”, mówi współzałożyciel Toolik, John Hobbie, starszy naukowiec w Ecosystems Centrum Morskiego Laboratorium Biologicznego w Woods Hole, Massachusetts.
To także „jedyne miejsce w Ameryce Północnej, w którym możemy zobaczyć lub uzyskać bardziej zaawansowany obraz tego, jak zmiany klimatu mogą wpływać na ekosystemy”, dodaje.
I na wiele sposobów zmiany klimatu już zaczęły przekształcać ten dychotomicznie kruchy i odporny ląd. Pomiędzy 1966 a 1995 rokiem temperatury w Arktyce wzrosły o 0, 7 stopnia Celsjusza na dekadę, trend, który stawia „północną Alaskę na gorącym miejscu”, mówi Syndonia Bret-Harte, zastępca dyrektora naukowego Toolik. Arktyka rozgrzewa się szybciej niż nawet tropikalne obszary świata: wiosna przychodzi wcześniej, jesień zapada później, a temperatura wiecznej zmarzliny w wielu obszarach, w tym w Toolik, unosi się niebezpiecznie blisko punktu zerowego Celsjusza. Wtedy zamrożona gleba, która daje tundrze kręgosłup, może się rozpaść.
Nowe termokarsty na Alasce mogą również pokazać, jak ocieplenie może zmienić strumienie lub jeziora, ponieważ te cechy często występują w pobliżu wody. Kiedy w 2003 roku odkryto termokarst w pobliżu rzeki Toolik, Bowden i jego koledzy odkryli, że zrzucił tak wiele osadów do rzeki, że woda stała się mętna 40 kilometrów w dół rzeki. W czerwcu 2008 r. On i jego koledzy donosili w czasopiśmie Journal of Geophysical Research, że amon, azotan i fosfor emitowane w wyniku tego zawalenia się z czasem „znacząco zmienią strukturę i funkcję rzeki”.
Takie obserwacje były znane Bowdenowi i innym badaczom Toolik. W latach 1983-2004 zobaczyli, jak drastycznie fosfor może zrestrukturyzować rzekę w eksperymencie przeprowadzonym na rzece Kuparuk w pobliżu Toolik - „według Hobbie - najlepiej zbadanego dorzecza w całej Arktyce”. W tym eksperymencie naukowcy dodawali do rzeki każdego lata niewielkie ilości fosforu, składnika odżywczego powszechnego w nawozach oraz zanieczyszczeniach mieszkaniowych i przemysłowych. Po ośmiu latach mech rozszerzył się w rzece, wypierając inne gatunki roślin i wywołując wzrost niektórych rodzajów owadów. Ogólna produktywność w rzece gwałtownie wzrosła. Badanie to może zapowiedzieć, co się stanie, gdy wieczna zmarzlina stopi się, a składniki odżywcze zostaną uwolnione do powietrza i wody.
Na lądzie badacze Toolik dodali również nawóz do różnych rodzajów tundry. W eksperymencie działającym od 1989 r. Starszy naukowiec z Centrum Ekosystemów Gaius Shaver stwierdził, że w tundrze kępowej niektóre krzewy liściaste, takie jak brzoza karłowata, mogą czerpać korzyści z napływu azotu i fosforu, zwiększając liczebność i zmniejszając różnorodność gatunkową. Naukowcy z Toolik koncentrują się również na tym, dlaczego Arktyka wydaje się być bardziej zielona, wyjaśnia Bret-Harte. Przyczyną może być więcej krzewów: około 12 000 lat temu, kiedy klimat był cieplejszy, krzewy zdominowały krajobraz, powiedziała.
Chociaż te przesunięcia biegunowe mogą wydawać się odizolowane od reszty świata, topniejąca Arktyka może przyspieszyć zmiany klimatu. Bret-Harte zwraca uwagę, że arktyczne lądy lądowe - w tym lasy borealne - zawierają prawie 40 procent światowego węgla glebowego, ale stanowią tylko jedną szóstą powierzchni lądowej Ziemi. Mówi, że jeśli węgiel uwięziony w glebie zostanie uwolniony przez stopienie wiecznej zmarzliny, może on podwoić stężenie dwutlenku węgla, głównego gazu cieplarnianego, w środowisku.
Bowden z University of Vermont uważa, że istnieją „mocne dowody”, że uwięziony węgiel i metan mogą zostać uwolnione podczas zdarzeń termokarstu i przyczynić się do ocieplenia. Poszukuje funduszy na zbadanie, w jaki sposób termokarsty wpłyną na ogólne ekosystemy arktyczne. Na przykład termokarst, który powoduje wzrost osadów w drogach wodnych, może udusić rośliny, zatkać skrzela ryb, a ostatecznie wywołać kaskadę efektów aż do sieci pokarmowej.
„To nie jest horror - to nie tak, że nie jest to naturalny proces”, ostrzega Bowden. „Myślę jednak, że istnieją mocne dowody na to, że wpływy [ludzkie] znajdujące się w pewnej odległości od Arktyki wywołują te wtórne skutki ... które będą potencjalnie bardzo ważne w kształtowaniu wyglądu i zachowania krajobrazu arktycznego w przyszłości”.
