Permafrost – en tikkende kulstofbombe under vores fødder
De koldeste egne i Arktis og subarktis har længe været betragtet som en gigantisk pengeskab, der har holdt kulstof låst inde i tusindvis af år. Nu er det pengeskab langsomt ved at åbne sig. Den frosne jord – den såkaldte permafrost – tør op, og mikroorganismerne i den begynder at vågne til live. Ny forskning tyder på, at disse mikrobers "spiskort" er langt mere varieret end hidtil antaget, hvilket kan udløse en ekstra bølge af kuldioxid- og metanemissioner.
Permafrost er jord, der forbliver frossen i mindst to på hinanden følgende år – ofte i hele århundreder. Den findes primært i det nordlige Rusland, Canada, Alaska, arktiske områder samt i høje bjergkæder. I denne frosne undergrund har rester af planter, rødder, mos og andet organisk materiale ophobet sig i årtusinder og skabt enorme kulstofdepoter.
Forskerne anslår, at permafrosten indeholder mere end dobbelt så meget kulstof, som der i dag findes i hele atmosfæren. Så længe jorden forbliver frossen, er dette kulstof relativt sikkert. Problemet opstår, når isen smelter.
Permafrost er et af jordens største naturlige kulstoflagre. Når den tør op, sættes processer i gang, der kan accelerere klimaopvarmningen – helt uden bidrag fra fabrikker, biler eller kraftværker.
I takt med at klimaet varmes op, optør stadig nye lag af permafrost. Bakterier og andre mikroorganismer, der vækkes til live, begynder at nedbryde gammel, død organisk materiale. Biprodukterne af denne proces er drivhusgasser: kuldioxid (CO₂) og metan (CH₄). Sidstnævnte er særlig bekymrende, fordi det på kort sigt opvarmer planeten langt kraftigere end CO₂.
Sultnere mikrober, større problem
Hidtidige klimamodeller har taget højde for emissioner fra optøende permafrost, men de byggede på en antagelse om, at en del af kulstoffet ville forblive utilgængeligt for mikroberne. Det drejede sig om forbindelser, der blev anset for svære at nedbryde – herunder stoffer rige på såkaldte polyfenoler, som man bl.a. kender fra te, kaffe og rødvin, og som i naturen fungerer som beskyttende stoffer i planter.
Et forskerhold fra University of Colorado har nu vist, at denne antagelse kan være forkert. Forskerne undersøgte, hvordan mikroorganismer fra jorde, der ligner permafrost, håndterer polyfenoler under iltfrie forhold – altså præcis de betingelser, der opstår i vandmættet, optøende permafrost.
De nye data viser, at en del af det kulstof, man hidtil anså for stabilt og "urørligt", faktisk kan omdannes til drivhusgasser af specialiserede mikroorganismer.
Forskerne sammenligner det med et spisekammer fyldt med forskellig snackfood. Tidligere modeller antog, at mikroberne primært ville spise de lette, let tilgængelige organiske forbindelser. Polyfenoler mentes at være som en "skarp, underlig ret", som organismerne ikke brød sig om og ville lade ligge. De nye resultater tyder imidlertid på, at visse mikroorganismer sagtens kan håndtere den slags "stærke køkken" – og endda sætter pris på det.
Hvorfor polyfenoler er blevet så vigtige
Polyfenoler er en bred gruppe kemiske forbindelser, der findes i planter. De har antioxidante egenskaber og omtales ofte som gavnlige for helbredet. Set fra et klimaperspektiv er noget andet mere afgørende: Man troede længe, at polyfenoler i jordbunden kunne blokere aktiviteten af de enzymer, der nedbryder organisk materiale – med andre ord hindre mikroberne i at få adgang til en del af kulstoffet.
De nye resultater viser, at mikroorganismerne er i stand til at "gnave sig igennem" selv sådanne barrierer. Det sker desuden under iltfrie forhold – præcis der, hvor vandmættet permafrost optør. Det betyder, at emissionsprocessen kan blive både mere intens og mere langvarig end forudset i hidtidige scenarier.
Hvorfor det ændrer klimaplanerne
Hvis mikroberne kan nedbryde en større del af det lagrede kulstof, vil mængden af CO₂ og CH₄, der ender i atmosfæren inden udgangen af dette århundrede, stige. Tidligere skøn antydede, at emissioner fra permafrost frem til 2100 kunne svare til de nuværende emissioner fra store industrialiserede lande.
De nyeste resultater indikerer, at denne "skjulte" del af kulstoffet, som hidtil blev anset for sikker, kan forøge dette regnestykke betydeligt – selvom de præcise tal stadig skal fastlægges.
Forskerne understreger behovet for yderligere eksperimenter, der dækker forskellige jordtyper, temperaturer og fugtighedsforhold. Målet er at integrere disse processer bedre i de klimamodeller, som bl.a. FN's klimapanel (IPCC) og regeringer benytter i forbindelse med energipolitiske beslutninger.
Idéen om at "låse" kulstof i permafrosten mister sin appel
Parallelt med permafrostforskningen har en anden teoretisk idé vundet frem: Kan man forstærke de naturlige enzymatiske blokeringer i jordbunden for at fastholde mere kulstof under jorden? Konceptet gik ud på, at tilsætning af polyfenoler til optøende permafrost kunne "bremse" mikroorganismerne og reducere emissionerne.
De nye resultater sætter et stort spørgsmålstegn ved dette scenarie. Hvis mikroberne behandler polyfenoler som endnu en energikilde, kan tilsætning af dem til jordbunden faktisk accelerere de biologiske processer og fremskynde frigivelsen af kulstof til atmosfæren.
Strategier, der sigter mod kunstigt at "bedøve" mikroberne i permafrost ved hjælp af ekstra stoffer, risikerer ikke blot at fejle – de kan ligefrem forværre problemets omfang.
I praksis betyder det, at håbet om et simpelt teknisk trick til at forsegle kulstoffet i den evige permafrost bliver stadig mere illusorisk. I stedet for at eksperimentere med kemi i arktiske jordlag peger forskerne på en anden vej: reduktion af emissioner fra fossile brændstoffer og en standsning af den videre opvarmning af planeten.
Permafrost i en bredere kæde af klimatilbagekoblinger
Optøende jord er en af de såkaldte tilbagekoblingsmekanismer i klimasystemet. Det vil sige, at opvarmningen sætter en proces i gang, der igen forstærker opvarmningen. For permafrostens vedkommende ser skemaet sådan ud:
- stigende temperaturer smelter den evige permafrost,
- mikroorganismer nedbryder mere organisk materiale,
- ekstra CO₂ og CH₄ frigives til atmosfæren,
- det hæver den gennemsnitlige temperatur yderligere,
- nye lag af permafrost begynder at optø.
Permafrost er ikke det eneste element i dette billede. Opvarmningen er også forbundet med smeltning af havisen i Arktis, hvilket ændrer albedoen – altså overfladers evne til at reflektere sollys. Mindre is betyder mere mørkt vand, der absorberer energi og yderligere accelererer opvarmningen af polarområdet. Tilsammen udgør det et system af forbundne kar.
De vigtigste gasser fra optøende permafrost
| Gas | Kilde i permafrost | Indvirkning på klimaet |
|---|---|---|
| Kuldioxid (CO₂) | Nedbrydning af organisk materiale under iltrige eller delvist iltrige forhold | Virker over lang tid og er ansvarlig for størstedelen af den globale opvarmning over hundredvis af år |
| Metan (CH₄) | Nedbrydning af organisk materiale i iltfrie miljøer, f.eks. vandmættet, optøende jord | Har kortere levetid i atmosfæren end CO₂, men opvarmer langt kraftigere på kort sigt |
Hvad det betyder for klimapolitikken
For beslutningstagere er konklusionerne fra denne forskning ret ubehagelige. Permafrost kan i fremtiden blive en stor og svært kontrollerbar kilde til drivhusgasser – og mennesket vil ikke bare kunne "dreje på en hane". I modsætning til et kraftværk eller en bil kan optøende jord ikke nemt stoppes, når processen først er kommet i gang.
Tidligere klimaanalyser behandlede til tider emissioner fra permafrost som mindre betydningsfulde sammenlignet med industri og energiproduktion. Nu tales der i stigende grad om, at disse naturlige emissioner skal medregnes med langt større omhu – for i fremtiden kan de vanskeliggøre opfyldelsen af mål som at begrænse opvarmningen til 1,5 eller 2 grader Celsius.
Derfor tæller hvert eneste ton CO₂ stadig
Når man hører om svært kontrollerbare processer i Arktis, kan der opstå en følelse af afmagt: Hvis naturen alligevel "efterfylder" emissionerne, hvad er så meningen med at reducere de menneskeskabte? Videnskaben har et klart svar på det: jo mindre ekstra varme der tilføres klimasystemet, desto langsommere aktiveres mekanismer som permafrostsmeltning.
Jo hurtigere vi reducerer afbrændingen af kul, olie og gas, desto større er chancen for, at en del af kulstoffet i permafrosten forbliver under jorden i længere tid – frem for at ende i atmosfæren.
Enhver reduktion i emissioner fra energiproduktion, transport eller landbrug mindsker risikoen for at overskride de tærskler, hvorefter naturen selv begynder at drive den videre opvarmning fremad. Permafrost er ét af de steder, hvor sådanne tærskler kan ligge tættere på, end vi hidtil har troet.
Sådan forstår man det komplicerede sprog i permafrostforskning
Emner knyttet til permafrost beskrives ofte i et specialiseret sprog fyldt med kemiske forbindelsers navne og biologiske processer. I praksis handler det om tre enkle ting: hvor meget kulstof der befinder sig under jorden, hvor hurtigt mikroorganismerne er i stand til at "spise" det, og i hvilken form det ender i luften. Det nye arbejde fra University of Colorado handler om det midterste element: det viser, at mikrobernes kost er mere varieret, end man hidtil antog.
For den almindelige læser kan det være nyttigt at tænke på permafrost som et stort, naturligt lager af planterester. Forbliver temperaturen lav, er lageret forseglet. Stiger den, indledes en langsom "komposteringsproces" – og den gas, der udvikles undervejs, er netop CO₂ og CH₄. Forskningen i polyfenoler viser, at denne kompost kan være mere aktiv og "travl" end de simple modeller hidtil har antydet.
