A Betel, Alaska, i muri si stanno spaccando, le case stanno crollando, e la strada principale sembra un ottovolante per bambini. Nella città costiera di Kongiganak, i cimiteri che affondano impediscono agli abitanti dell'Alaska di seppellire i loro morti nel terreno. Il villaggio di Shishmaref, situato su un'isola a cinque miglia dalla terraferma occidentale dell'Alaska, ha eroso così tanto che sta contemplando il trasferimento totale. Queste comunità sono afflitte dal permafrost che si sta sciogliendo.

Il permafrost è un terreno che rimane congelato per due o più anni consecutivi. È composto da roccia, suolo, sedimenti, e quantità variabili di ghiaccio che legano insieme gli elementi. Alcuni permafrost sono stati congelati per decine o centinaia di migliaia di anni.

Trovato sotto uno strato di terreno, il permafrost può essere da tre piedi a 4, 900 piedi di spessore. Conserva i resti a base di carbonio di piante e animali che si sono congelati prima che potessero decomporsi. Gli scienziati stimano che il permafrost mondiale contenga 1, 500 miliardi di tonnellate di carbonio, quasi il doppio della quantità di carbonio attualmente presente nell'atmosfera.

Sfortunatamente, quando il permafrost si riscalda e si scioglie, rilascia anidride carbonica e metano nell'atmosfera. Mentre il termostato globale si alza, permafrost, piuttosto che immagazzinare carbonio, potrebbe diventare una fonte significativa di emissioni per il riscaldamento del pianeta.

Il permafrost si sta già sciogliendo in alcuni punti, e se il problema si diffonde, gli scienziati temono che possa avviare un processo incontrollato di riscaldamento globale.

Il riscaldamento dell'Artico

Il permafrost copre circa il 24% della massa continentale esposta dell'emisfero settentrionale, circa 9 milioni di miglia quadrate. Si trova ad alte latitudini e altitudini elevate, principalmente in Siberia, l'altopiano tibetano, Alaska, Canada settentrionale, Groenlandia, parti della Scandinavia e della Russia. Le piattaforme continentali sotto l'Oceano Artico, che sono stati esposti durante l'ultima era glaciale, contengono anche permafrost.

Però, le regioni polari e di alta quota sono alcuni dei luoghi più sensibili al clima del pianeta. L'Artico si sta riscaldando due volte più velocemente del resto del pianeta, a una velocità di variazione della temperatura che non è stata osservata almeno negli ultimi 2, 000 anni, secondo la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Nel 2016, la temperatura media annuale della superficie era di 3,5 gradi Celsius più calda di quanto non fosse all'inizio del XX secolo. Quell'anno, le temperature del permafrost nell'Artico sono state le più calde mai registrate.

Nell'Alaska, le temperature del permafrost si sono riscaldate fino a 2˚C negli ultimi decenni. Un recente studio prevede che con ogni aumento di 1˚C della temperatura, 1,5 milioni di miglia quadrate di permafrost potrebbero andare perse a causa del disgelo.

Quando il permafrost si scioglie

O. Roger Anderson, un biologo dell'Earth Institute's Lamont-Doherty Earth Observatory, spiegato perché il permafrost rilascia carbonio mentre si scongela.

Lo "strato attivo" di suolo sopra il permafrost, che può essere profondo da due a 13 piedi, si scongela ogni estate e può sostenere la vita delle piante. Questo strato rilascia carbonio dalle radici delle piante che respirano CO2, e dai microbi nel terreno. Alcuni microbi scompongono la materia organica in CO2. Altri, chiamato archea, produrre invece metano, quando le condizioni sono anaerobiche, quando il terreno è saturo di acqua o non è disponibile ossigeno. Il metano è da 20 a 30 volte più potente dell'anidride carbonica nell'esacerbare il riscaldamento globale, ma rimane nell'atmosfera per meno tempo.

Mentre il permafrost si scioglie, lo strato attivo si approfondisce. I microbi si attivano e le radici delle piante possono penetrare più in basso, con conseguente produzione di più CO2. La quantità di metano generata dipende da quanto è saturo il terreno.

Gli scienziati non conoscono le proporzioni relative delle emissioni di anidride carbonica e metano che potrebbero derivare dallo scongelamento del permafrost su larga scala, ha detto Anderson, perché questo non è mai successo nella storia umana. Però, ricerche sullo strato superiore della tundra (pianure prive di alberi sovrastanti il ​​permafrost) suggeriscono che le emissioni medie di anidride carbonica sono circa 50 volte superiori a quelle del metano.

"E sappiamo che per ogni 10 gradi Celsius che il terreno si riscalda, l'emissione di CO2 raddoppierà, " ha detto Anders.

Uno studio del 2017 ha stimato che se le temperature globali aumentano di 1,5°C al di sopra dei livelli di 1861, lo scongelamento del permafrost potrebbe rilasciare da 68 a 508 gigatonnellate di carbonio. Senza tener conto dell'attività umana, questo carbonio da solo aumenterebbe le temperature globali da 0,13 a 1,69˚C entro il 2300. Poiché potremmo essere già bloccati in 1,5˚C di riscaldamento al di sopra dei livelli preindustriali, questa quantità di riscaldamento aggiuntivo potrebbe provocare impatti catastrofici del cambiamento climatico.

Sebbene un Artico più caldo potrebbe supportare più piante, e le piante assorbono anidride carbonica attraverso la fotosintesi, si prevede che la nuova crescita compensi solo il 20% circa del rilascio di carbonio del permafrost.

Cosa protegge il permafrost

Una cosa che protegge il permafrost dagli impatti del cambiamento climatico è la torba, la vegetazione in parte decomposta che si accumula in ambienti saturi d'acqua e privi di ossigeno. Trovato in gran parte del basso Artico, la torba può ricoprire o racchiudere l'intero strato attivo o essere congelata come permafrost.

Ben Gaglioti, un ricercatore post-dottorato al Lamont-Doherty Earth Observatory, ha studiato le registrazioni dei sedimenti lacustri nell'Alaska settentrionale per determinare la quantità di carbonio rilasciata dal permafrost in risposta ai periodi di riscaldamento alla fine dell'ultima era glaciale. Si scopre che il permafrost era molto più sensibile, il che significa che ha rilasciato più carbonio, durante gli eventi di riscaldamento passati, con una risposta progressivamente minore nel tempo. Negli ultimi 150 anni di riscaldamento, c'è stata relativamente poca risposta.

"La nostra ipotesi è che l'accumulo di materia organica o torba nello spartiacque si sia verificato a causa di un clima relativamente caldo e stabile dall'era glaciale, — disse Gaglioti. — Quella torba, che ha iniziato ad accumularsi intorno alle 13, 000 anni fa, fa un ottimo lavoro isolando il terreno sottostante dal disgelo, quindi pensiamo che stia tamponando il permafrost".

I modelli di Gaglioti mostrano che la sensibilità del permafrost sottostante è fortemente dipendente dallo spessore della torba. "Il destino del permafrost sottostante dipende in qualche modo dalla stabilità dello strato di torba, " Egli ha detto.

Un ciclo irreversibile?

Gli incendi possono staccare la torba e rendere il permafrost più sensibile ai cambiamenti climatici e si prevede che aumentino nelle regioni della tundra, ha detto Gagliotti. Le estati più calde e secche rendono la vegetazione più combustibile. Le temperature più calde provocano anche più temporali e fulmini che possono innescare incendi.

Gli incendi non solo rilasciano CO2 mentre bruciano; dopo, il terreno annerito assorbe più radiazione solare e si riscalda ulteriormente. E una volta che il fuoco toglie la torba e la vegetazione che ombreggiano il suolo, il paesaggio può diventare troppo ben drenato per rigenerare la torba.

Molti scienziati sono preoccupati che lo scongelamento del permafrost possa essere un punto di svolta che innesca un ciclo irreversibile:quando il permafrost rilascia il suo carbonio sotto forma di CO2 o metano, accelererà il riscaldamento, che poi farà precipitare più disgelo del permafrost, e così via. Non ci sarà niente che gli umani possano fare per fermarlo.

Le regioni in cui il permafrost è ghiacciato tutto l'anno si stanno già spostando verso nord; e in alcune zone, la tundra ora gela più tardi in autunno, concedendo più tempo ai microbi per decomporre la materia organica e alle piante per respirare.

Impatti dello scongelamento del permafrost

Quando il ghiaccio nel permafrost si scioglie, il terreno diventa instabile e può crollare, causando rocce e frane, inondazioni ed erosione costiera.

Il terreno è crollato a 280 piedi di profondità in alcune parti della Siberia. La deformazione della terra può danneggiare gli edifici, strade, linee elettriche e altre infrastrutture.

Può anche danneggiare gli ecosistemi naturali. I laghi termocarsici, le depressioni formate dallo scongelamento del permafrost crollato e riempito di acqua di disgelo, sono importanti per la fauna selvatica e forniscono acqua alle comunità locali. Ma se il permafrost sottostante continua a scongelarsi, laghi e zone umide possono drenare completamente, distruggere queste risorse biologicamente importanti.

Come i sedimenti delle frane di torrenti e laghi fangosi, influenzano la vita vegetale alla base della catena alimentare e potenzialmente tutte le creature che da essa dipendono. I cambiamenti nel paesaggio possono alterare i modelli di allevamento e migrazione dei caribù. E mentre l'Artico si riscalda, i castori si stanno muovendo verso nord. Le loro dighe inondano nuove aree, creando tratti paludosi che consentono all'acqua più calda di scongelare ulteriormente il permafrost.

Lo scongelamento del permafrost può rilasciare più delle emissioni di carbonio. Nel 2016, un ragazzino è morto e decine di persone sono state ricoverate in ospedale dopo aver contratto l'antrace nella penisola di Yamal in Siberia. Una carcassa di renna infetta da antrace che si era congelata 75 anni prima è stata esposta allo scongelamento del permafrost. Le spore di antrace sono entrate nel suolo e nell'acqua, e infine l'approvvigionamento alimentare, infettare gli umani.

Le persone e gli animali e le loro malattie sono stati congelati nel permafrost per centinaia di anni, ma batteri e virus possono sopravvivere nel permafrost per centinaia di migliaia di anni:gli scienziati hanno recentemente riportato in vita un 30, Virus di 000 anni che infetta le amebe. Malattie come l'influenza spagnola, il vaiolo o la peste che sono stati debellati potrebbero essere congelati nel permafrost. Mentre l'Artico si riscalda, più attività, come l'estrazione di terre rare o metalli preziosi, potrebbe potenzialmente rimetterci in contatto con loro.

Costruire sul permafrost è problematico, non solo perché il terreno è instabile, ma perché il calore degli edifici e dei tubi stessi può riscaldare il permafrost. Le strutture devono essere realizzate su pali di legno o su spesse lastre di ghiaia. I tubi dell'acqua e delle fognature devono essere posizionati fuori terra. Alcune strade e piste aeroportuali della Betel sono dotate di tubi pieni di liquido che trasferiscono il calore lontano dal permafrost, e l'ospedale ha installato macchine che mantengono il terreno costantemente refrigerato.

A Inuvik, una città nel nord-ovest del Canada, i ricercatori stanno sperimentando nuove varietà di palificazioni per stabilizzare gli edifici, ma non hanno ancora trovato una soluzione perfetta. Dicono che sia difficile sapere cosa funzionerà meglio perché nessuno nell'Artico ha mai sperimentato il tasso di cambiamento del permafrost che sta avvenendo oggi.

Rimangono molte domande

Mentre il più recente rapporto del Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici ha riconosciuto che il permafrost si sta riscaldando, i suoi modelli climatici non hanno tenuto conto di queste emissioni durante le proiezioni climatiche.

Questo perché alla fine, quanto il pianeta si riscalderà dallo scongelamento del permafrost dipenderà da quanto carbonio viene rilasciato, quanto velocemente, e se è sotto forma di CO2 o metano. Ma per avere una comprensione più completa di questo fenomeno ed essere in grado di fare proiezioni climatiche più accurate, gli scienziati devono essere in grado di valutare meglio la vulnerabilità del permafrost allo scongelamento e le sue numerose conseguenze per l'Artico e il pianeta.

"La ricerca scientifica è così importante per capire, " ha detto Anderson. "Non possiamo fare previsioni da ciò che è già noto perché non abbiamo mai avuto lo scongelamento del permafrost in precedenza in questa misura. È solo attraverso una ricerca scientifica più attenta che possiamo rispondere a queste domande".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.