Permafrost, il sottosuolo perennemente ghiacciato nelle regioni più settentrionali della Terra, ha raccolto e immagazzinato materia vegetale e animale da molto prima dell'ultima era glaciale. La decomposizione di parte di questa materia organica rilascia naturalmente anidride carbonica (CO ₂ ) nell'atmosfera tutto l'anno, dove viene assorbito dalla crescita delle piante durante i mesi più caldi.

Questa regione, chiamata regione del permafrost settentrionale, è difficile da studiare, e gli esperimenti sono pochi e lontani tra loro rispetto a quelli in luoghi più caldi e meno remoti. Però, una nuova sintesi che incorpora set di dati raccolti da più di 100 siti di studio dell'Artico da dozzine di istituzioni, tra cui l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), suggerisce che con l'aumento delle temperature globali, la decomposizione della materia organica nel suolo del permafrost durante i mesi invernali può essere sostanzialmente maggiore di quanto si pensasse in precedenza. I nuovi numeri indicano un rilascio di CO ₂ che supera di gran lunga il corrispondente assorbimento estivo.

Ancora più importante, quando si modella il bilancio del carbonio utilizzando la vasta raccolta di dati, gli scienziati hanno scoperto che la CO ₂ rilasciato dal suolo del permafrost in inverno potrebbe aumentare del 41% entro il 2100 se le emissioni di gas serra causate dall'uomo continueranno al ritmo attuale.

Lo studio, pubblicato in Cambiamenti climatici naturali lo scorso ottobre, è lo studio più completo su questo fenomeno fino ad oggi. Evidenzia la necessità di ulteriori ricerche sulla CO . netta della regione del permafrost ₂ emissioni, e dimostra l'impatto significativo che queste emissioni potrebbero avere sull'effetto serra e sul riscaldamento globale.

Lo studio riunisce una combinazione di misurazioni sul campo e studi di laboratorio, o incubazioni del suolo, come quelli eseguiti ad Argonne. Per capire meglio come il riscaldamento futuro potrebbe influenzare la CO ₂ emissioni nelle regioni con permafrost, gli scienziati di Argonne hanno campionato una varietà di suoli di permafrost e monitorato la CO ₂ rilascio a una gamma di temperature controllate in laboratorio sopra e sotto lo zero che imitano le condizioni tipiche dell'Artico. I ricercatori volevano identificare come le diverse proprietà del suolo o altri fattori influenzano il tasso di decomposizione e CO ₂ rilascio da suoli ghiacciati e in disgelo:informazioni che potrebbero aiutare a migliorare i modelli climatici e del sistema terrestre.

"I modelli del sistema climatico e terrestre spesso trattano questi permafrost invernali CO ₂ emissioni come insignificanti o addirittura inesistenti, " disse Roser Matamala, uno scienziato nella divisione di Scienze Ambientali di Argonne e un collaboratore allo studio. "Ma questo studio, con il suo grande volume di dati che si estende su più stagioni, mostra che la respirazione invernale è sostanziale e significativa. Lo studio dovrebbe convincere i modellisti che questo flusso di carbonio invernale nell'atmosfera non può più essere trascurato. non è piccolo, e bisogna tenerne conto».

La regione settentrionale del permafrost copre circa il 15% della superficie terrestre, che si estende dalla costa dell'Oceano Artico attraverso gran parte dell'Alaska, Canada settentrionale e Eurasia settentrionale. Il suolo sempre ghiacciato in queste regioni contiene più carbonio di quanto l'uomo abbia mai rilasciato, e circa un terzo del carbonio immagazzinato in tutto il suolo terrestre esiste in questa regione.

Durante l'estate, le piante le cui radici crescono nel terreno scongelato sopra il sottosuolo perennemente ghiacciato assorbono CO ₂ mentre fotosintetizzano. Allo stesso tempo, i microbi rilasciano CO ₂ nell'atmosfera mentre decompongono attivamente la materia organica del suolo. In inverno, quando il suolo superficiale e il permafrost sottostante sono entrambi ghiacciati, il tasso di decadimento e la quantità di CO ₂ ritornato nell'atmosfera diminuisce notevolmente. Ancora, una piccola quantità di attività microbica continua a decomporre parte della materia organica contenuta in sottili, pellicole di acqua non congelata che circondano le particelle di terreno, rilasciando minori quantità di CO ₂ . Per anni, questo equilibrio era orientato verso un maggiore assorbimento piuttosto che il rilascio di CO ₂ , ma questo studio indica che la perdita di CO ₂ dai suoli di permafrost all'atmosfera durante tutto l'anno è ora maggiore del suo assorbimento durante l'estate.

"I suoli artici hanno trattenuto quantità sproporzionatamente grandi di materia organica perché le condizioni congelate rallentano notevolmente il decadimento microbico delle radici e delle foglie delle piante morte, ", ha detto la scienziata del suolo Argonne e collaboratrice dello studio Julie Jastrow. "Ma proprio come il cibo nello scomparto congelatore di un frigorifero si guasterà più velocemente di quanto farebbe in un congelatore a pozzetto, la temperatura dei suoli stagionalmente congelati e del permafrost influisce sulla quantità di attività microbica e sulla decomposizione".

Secondo gli scienziati di Argonne, l'attività microbica può aumentare esponenzialmente poiché l'aumento delle temperature globali riscalda il permafrost a livelli appena sotto lo zero. Anche prima del disgelo del permafrost, l'accelerazione dell'attività microbica nel suolo del permafrost provoca l'accelerazione della sua CO ₂ emissioni.

Sulla base di questi risultati e dell'upscaling in tutto l'Artico, gli autori stimano che circa 1,7 miliardi di tonnellate di CO ₂ vengono rilasciati durante le stagioni invernali in corso, ma che solo 1 miliardo di tonnellate verrebbe assorbito dai fotosintetizzatori nei mesi estivi.

I modelli al computer hanno anche mostrato che se gli esseri umani dovessero mitigare le proprie emissioni anche in minima parte, CO . invernale ₂ le emissioni nella regione del permafrost aumenterebbero ancora del 17% entro il 2100.