Scongelamento del permafrost: la situazione è complicata


L’immagine mostra un lago parzialmente prosciugato nella penisola di Yamal, nel nord-ovest della Siberia. Il rapido disgelo del permafrost, come risultato del cambiamento climatico, ha enormi impatti sull’ambiente naturale. Laghi come questo possono prosciugarsi improvvisamente quando il permafrost sottostante si scongela.

Una delle tante gravi conseguenze della crisi climatica è che il prezioso permafrost si sta scongelando, e questo sta liberando ancora più carbonio nell’atmosfera e aggravando ulteriormente il cambiamento climatico. Tuttavia, è complicato. Per esempio, a volte il permafrost può scongelarsi rapidamente e gli scienziati non sono sicuri del perché e del significato di questi scongelamenti improvvisi in termini di cicli di feedback. Questo rende difficile prevedere l’impatto futuro sul clima. Grazie a un’iniziativa ESA-NASA, una nuova ricerca scava in profondità nella comprensione delle complessità del disgelo del permafrost e di come il carbonio viene rilasciato nel tempo.

Il permafrost è un terreno, una roccia o un sedimento congelato, a volte spesso per centinaia di metri. Per essere classificato come permafrost, il terreno deve essere congelato da almeno due anni, ma gran parte del sottosuolo nelle regioni polari è rimasto congelato fin dall’era glaciale. Il permafrost contiene resti di vegetazione e animali a base di carbonio che si sono congelati prima che la decomposizione potesse avvenire.

La maggior parte del permafrost della Terra si trova nell’emisfero settentrionale – il permafrost artico conserva quasi 1700 miliardi di tonnellate di carbonio.

L’animazione qui sotto mostra come l’estensione del permafrost nell’Artico è cambiata tra il 1997 e il 2019.

Estensione del permafrost artico 1997-2019

Il permafrost svolge un ruolo critico nel mantenere il nostro pianeta dal perdere il suo freddo, ma l’aumento delle temperature globali, particolarmente evidente nell’Artico, sta causando lo scongelamento del terreno sotterraneo e il rilascio di carbonio a lungo trattenuto nell’atmosfera.

L’immagine qui sotto mostra come il sottosuolo si stia riscaldando, rischiando il disgelo del permafrost.

Cambiamento della temperatura subsuperficiale

Evidenziando l’importanza del permafrost nel sistema climatico, la rivista Nature Reviews Earth & Environment ha recentemente presentato una serie di ricerche in una collezione speciale che esamina i cambiamenti fisici, biogeochimici ed ecosistemici legati al disgelo del permafrost e gli impatti associati.

Uno degli articoli della raccolta è basato sulla ricerca condotta attraverso l’ESA-NASA Arctic Methane and Permafrost Challenge.

Il documento descrive come gli scienziati europei e statunitensi stanno lavorando insieme per tracciare meglio le dinamiche del carbonio del permafrost. Questo include una migliore comprensione dei meccanismi che portano a improvvisi scongelamenti attraverso l’uso di osservazioni chiave del rilascio di carbonio e lo sviluppo di modelli per prevedere il feedback permafrost-carbonio.

L’immagine qui sotto mostra la quantità di carbonio immagazzinato nei 2 metri superiori di permafrost.

Carbonio organico nel permafrost

Lo scongelamento improvviso e il thermokarst, che è un processo veloce di degradazione del permafrost ma varia significativamente a seconda delle condizioni locali, può emettere quantità sostanziali di carbonio nell’atmosfera molto rapidamente, anche in pochi giorni. Questi processi rischiano di mobilitare il carbonio profondo e ereditato sequestrato nello yedoma. Lo yedoma è un tipo di permafrost che si è formato tra 1,8 milioni e 10 000 anni fa, ed è particolarmente ricco di materiale organico, quindi una fonte significativa di metano atmosferico.

Gli incendi sempre più frequenti nell’Artico porteranno anche a un notevole e imprevedibile flusso di carbonio.

L’autore principale dell’articolo, Kimberley Miner, del Jet Propulsion Laboratory della NASA, ha detto: “La visione tradizionale del disgelo del permafrost è che è un processo graduale che espone gli strati lentamente. Lo scongelamento improvviso espone i vecchi strati di permafrost molto più rapidamente.

Strati di permafrost

La scala è una vera sfida, ma la nostra ricerca si concentra sulla comprensione delle emissioni di carbonio su diverse scale temporali – dal rilascio mediato microbicamente a livello del suolo, alle dinamiche degli incendi selvaggi nella tundra.

“Allo stesso modo, abbiamo bisogno di utilizzare metodi di osservazione su più scale, dal lavoro sul campo in situ alle osservazioni satellitari per rispecchiare le scale temporali del disgelo. Solo con dati che coprono giorni, anni e decenni possiamo ridurre sostanzialmente le incertezze nella nostra comprensione di ciò che può innescare rapidi disgeli, prevedere i tassi di emissione e quindi avere un quadro migliore dei cicli di feedback coinvolti”.

Il documento non solo evidenzia i pericoli di un rapido disgelo del permafrost, ma chiede anche un monitoraggio più dettagliato attraverso osservazioni in situ, aeree e satellitari per fornire una comprensione più profonda del futuro ruolo dell’Artico come fonte o sink di carbonio, e il conseguente impatto sul sistema Terra.

Charles Miller, anche lui del JPL, ha detto: “La nostra comprensione del permafrost sta ovviamente avanzando continuamente. Il permafrost non può essere osservato direttamente dallo spazio, dobbiamo combinare diverse misurazioni come la temperatura della superficie terrestre e l’umidità del suolo per darci un quadro dei cambiamenti. E, grazie ai satelliti, abbiamo una registrazione che risale a più di 20 anni fa che dettaglia i cambiamenti dei suoli di permafrost dell’emisfero settentrionale – e questo è fondamentale per migliorare i modelli climatici.

“Tuttavia, non vediamo l’ora che le future misurazioni in situ e i futuri sistemi satellitari ci diano maggiori informazioni”.

Diego Fernandez dell’ESA ha aggiunto: “Grazie a missioni come SMOS dell’ESA e Copernicus Sentinel-5P, la ricerca condotta come parte dell’ESA-NASA Arctic Methane and Permafrost Challenge nell’ambito del programma FutureEO dell’ESA e della Climate Change Initiative dell’ESA si sta ancora una volta dimostrando essenziale per comprendere meglio gli effetti che il cambiamento climatico sta avendo sul delicato ambiente artico, e come questi cambiamenti, a loro volta, si aggiungono alla crisi climatica.

“Come parte dell’Arctic Methane and Permafrost Challenge, ESA e NASA mirano a sostenere una forte collaborazione scientifica da entrambe le parti dell’Atlantico per affrontare insieme le questioni scientifiche e sociali associate al disgelo del permafrost”.

In futuro, le prossime missioni come la tedesco-francese MERLIN, il cui lancio è previsto per il 2027, utilizza la tecnologia laser e promette di aggiungere preziosi dati sul metano al sistema di osservazione dell’Artico.

Inoltre, la missione Copernicus Carbon Monitoring, il cui lancio è previsto per il 2025, fornirà dati ad alta frequenza per monitorare meglio le emissioni di carbonio dallo scioglimento del permafrost.

Il lavoro di base è anche essenziale per capire come i gas a effetto serra vengono emessi dall’Artico. Per esempio, l’anno scorso, l’ESA è stata coinvolta in una campagna di ricerca internazionale con sede in Svezia. Il monitoraggio della composizione atmosferica e dei gas a effetto serra attraverso la campagna multi-strumento comprendeva il lancio di palloni nella stratosfera, il volo di strumentazione sugli aerei e l’esecuzione di misurazioni a terra per registrare le fonti e i pozzi di gas climatici in Scandinavia.

Attività simili saranno continuate nell’Artico nordamericano nell’estate del 2022 come parte dell’Arctic Boreal Vulnerability Experiment e della missione Carbon Dioxide and Methane. Entrambe queste campagne aeree sono guidate rispettivamente dalla NASA e dal German Aerospace Center.

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