Quasi un quarto della terra nell'emisfero settentrionale, pari a circa 9 milioni di miglia quadrate, è ricoperto di permafrost:suolo, sedimento, e rocce congelate per anni alla volta. Vaste distese di permafrost si trovano in Alaska, Siberia, e l'Artico canadese, dove le temperature costantemente gelide hanno mantenuto il carbonio, sotto forma di frammenti di piante e animali in decomposizione, bloccato nel terreno.

Gli scienziati stimano che più di 1, 400 gigatonnellate di carbonio sono intrappolate nel permafrost terrestre. Con l'aumento delle temperature globali, e il permafrost si scioglie, questo serbatoio ghiacciato potrebbe potenzialmente sfuggire nell'atmosfera sotto forma di anidride carbonica e metano, amplificando notevolmente il cambiamento climatico. Però, si sa poco della stabilità del permafrost, oggi o in passato.

Ora geologi al MIT, Boston College, e altrove hanno ricostruito la storia del permafrost negli ultimi 1,5 milioni di anni. I ricercatori hanno analizzato i depositi di grotte in località del Canada occidentale e hanno trovato prove che, tra 1,5 milioni e 400, 000 anni fa, il permafrost tendeva a scongelarsi, anche alle alte latitudini artiche. Da allora, però, il disgelo del permafrost è stato limitato alle regioni sub-artiche.

I risultati, pubblicato in Progressi scientifici , suggeriscono che il permafrost del pianeta si sia spostato verso uno stato più stabile negli ultimi 400, 000 anni, ed è stato meno suscettibile allo scongelamento da allora. In questo stato più stabile, il permafrost probabilmente ha trattenuto gran parte del carbonio che ha accumulato durante questo periodo, avendo poche opportunità di rilasciarlo gradualmente.

"La stabilità degli ultimi 400, 000 anni potrebbero effettivamente funzionare contro di noi, in quanto ha permesso al carbonio di accumularsi costantemente nel permafrost durante questo periodo. Lo scioglimento ora potrebbe portare a un rilascio di carbonio nell'atmosfera sostanzialmente maggiore rispetto al passato, ", afferma il coautore dello studio David McGee, professore associato presso il Dipartimento della Terra del MIT, Atmosferico, e Scienze Planetarie.

I coautori di McGee sono Ben Hardt e Irit Tal del MIT; Nicole Biller-Celander, Jeremy Shakun, e Corinne Wong al Boston College; Alberto Reyes all'Università dell'Alberta; Bernard Lauriol all'Università di Ottawa; e Derek Ford alla McMaster University.

Riscaldamento impilato

I periodi di riscaldamento passato sono considerati periodi interglaciali, o tempi tra ere glaciali globali. Queste finestre geologicamente brevi possono riscaldare abbastanza il permafrost da scongelare. Segni dell'antico disgelo del permafrost possono essere visti nelle stalagmiti e in altri depositi minerali lasciati mentre l'acqua si muove attraverso il terreno e nelle caverne. Queste grotte, in particolare alle alte latitudini artiche, sono spesso remoti e di difficile accesso, e come risultato, si sa poco della storia del permafrost, e la sua passata stabilità nei climi caldi.

Però, nel 2013, i ricercatori dell'Università di Oxford sono stati in grado di campionare i depositi di grotte da alcune località della Siberia; la loro analisi ha suggerito che il disgelo del permafrost era diffuso in tutta la Siberia prima del 400, 000 anni fa. Da allora, i risultati hanno mostrato una gamma molto ridotta di disgelo del permafrost.

Shakun e Biller-Celander si sono chiesti se la tendenza verso un permafrost più stabile fosse globale, e ha cercato di condurre studi simili in Canada per ricostruire la storia del permafrost lì. Si sono collegati con i pionieri degli scienziati delle caverne Lauriol e Ford, che hanno fornito campioni di depositi rupestri raccolti nel corso degli anni da tre distinte regioni di permafrost:le Montagne Rocciose canadesi meridionali, Parco Nazionale Nahanni nei Territori del Nord Ovest, e lo Yukon settentrionale.

In totale, il team ha ottenuto 74 campioni di speleotemi, o sezioni di stalagmiti, stalattiti, e pietre di flusso, da almeno cinque grotte in ogni regione, che rappresentano varie profondità di grotte, geometrie, e storie glaciali. Ogni grotta campionata era situata su pendii esposti che erano probabilmente le prime parti del paesaggio del permafrost a scongelarsi con il riscaldamento.

I campioni sono stati trasportati al MIT, dove McGee e il suo laboratorio hanno utilizzato precise tecniche geocronologiche per determinare l'età degli strati di ciascun campione, ogni strato riflette un periodo di disgelo del permafrost.

"Ogni speleotemi si è depositato nel tempo come coni stradali impilati, " dice McGee. "Abbiamo iniziato con il più esterno, strati più giovani fino alla data più recente in cui il permafrost si è scongelato".

spostamento artico

McGee ei suoi colleghi hanno utilizzato tecniche di geocronologia dell'uranio/torio per datare gli strati di ogni speleotema. La tecnica di datazione si basa sul processo di decadimento naturale dell'uranio al suo isotopo figlio, torio 230, e il fatto che l'uranio è solubile in acqua, mentre il torio no.

"Nelle rocce sopra la grotta, mentre le acque filtrano attraverso, accumulano uranio e lasciano il torio dietro, "Spiega McGee. "Una volta che l'acqua raggiunge la superficie della stalagmite e precipita al tempo zero, hai uranio, e niente torio. Poi gradualmente, l'uranio decade e produce torio."

Il team ha estratto piccole quantità da ciascun campione e le ha dissolte attraverso vari passaggi chimici per isolare l'uranio e il torio. Quindi hanno fatto passare i due elementi attraverso uno spettrometro di massa per misurarne le quantità, il rapporto di cui hanno usato per calcolare l'età di un determinato strato.

Dalla loro analisi, i ricercatori hanno osservato che i campioni raccolti dallo Yukon e dai siti più lontani del nord portavano campioni non più giovani di 400, 000 anni, suggerendo che il disgelo del permafrost non si è verificato da allora in quei siti.

"Potrebbe esserci stato un disgelo superficiale, ma in termini di scongelamento dell'intera roccia sopra la grotta, che non accadeva negli ultimi 400, 000 anni, ed era molto più comune prima di allora, " dice McGee.

I risultati suggeriscono che il permafrost terrestre era molto meno stabile prima del 400, 000 anni fa ed era più incline allo scongelamento, anche durante i periodi interglaciali quando i livelli di temperatura e anidride carbonica atmosferica erano alla pari con i livelli moderni, come altri lavori hanno mostrato.

"Per vedere questa prova di un Artico molto meno stabile prima del 400, 000 anni fa, suggerisce anche in condizioni simili, l'Artico può essere un posto molto diverso, "Dice McGee. "Mi fa sorgere domande su cosa abbia causato lo spostamento dell'Artico in questa condizione più stabile, e cosa può farla uscire da essa."