Permafrost op de Noordpool ontdooit sneller dan verwacht

Dit artikel verschijnt in de september 2019 editie van National Geographic Magazine.

Sergesi Zimov gooit een bot van een wolharige mammoet op de hoop. De ecoloog zit op zijn hurken in de modder aan de oever van de brede, ijskoude Kolyma, aan de voet van Duvanni Jar, een hoge wand van afbrokkelende aarde. Het is zomer in het oosten van Siberië, ver boven de noordpoolcirkel. Van sneeuw of ijs is geen spoor te bekennen. Bij de klif heeft de Kolyma de grond weggeknaagd, zodat de bevroren bodemlaag eronder, de permafrost, zichtbaar is geworden. Hij is honderden meters diep en warmt in hoog tempo op. Takjes, ander plantaardig materiaal en dierlijke resten uit de ijstijd liggen op een strand met zuigende modder, waarin Zimovs laarzen wegzakken. ‘Ik hou van Duvanni Jar,’ zegt hij, terwijl hij fossielen uit de modder trekt. ‘Het is net een boek. Elke bladzijde is een verhaal over de geschiedenis van de natuur.’

Sergei Zimov, rechts, en zijn zoon Nikita leiden een onderzoeksstation in het Russische Tsjerski, aan de Kolymarivier. Zimov senior ontdekte dat in de permafrost veel meer koolstof ligt opgeslagen dan wetenschappers aannamen. Nu de temperaturen stijgen, komt een deel daarvan vrij.

In een gebied van 23 miljoen vierkante kilometer in het uiterste noorden van de aarde is de klimaatverandering aan een nieuw hoofdstuk bezig. De permafrost in het noordpoolgebied ontdooit niet geleidelijk, zoals ooit voorspeld; op een geologische tijdschaal gaat het van de ene op de andere dag. Nu bodemlagen zoals die in Duvanni Jar inzakken, komen sporen van prehistorisch leven vrij en koolstofverbindingen die millennialang in de bevroren aarde opgesloten waren. De koolstof, die in de atmosfeer terechtkomt als methaan of kooldioxide, dreigt de klimaatverandering te versnellen.

Vanuit zijn basis, een bouwvallig onderzoeksstation in Tsjerski, op zo’n drie uur varen met een speedboot vanaf Duvanni Jar, heeft Zimov tientallen jarenlang raadsels van het warmer wordende noordpoolgebied ontrafeld. Hij heeft enkele algemeen geaccepteerde theorieën ontkracht, vooral dat het verre noorden, in de ijstijd van het Pleistoceen, één grote ijswoestenij was.

Methaan, een krachtig broeikasgas, borrelt omhoog uit de ontdooiende bodem onder meren in het noordpoolgebied. ’s Winters zit het gas vast onder het bevroren wateroppervlak. In dit meer bij Fairbanks (Alaska) hebben wetenschappers gaten in het ijs geboord en het ontsnappende methaan aangestoken.

Want uit de overvloed aan fossielen van mammoeten en andere grote grazers in Duvanni Jar en op andere vindplaatsen trok Zimov de conclusie dat Siberië, Alaska en het westen van Canada ooit uit vruchtbaar grasland bestonden, bezaaid met kruiden en wilgen. De dode planten en dieren ontbonden amper als gevolg van de kou. Door de eeuwen heen zijn de resten diep begraven geraakt onder het door de wind aangevoerde slib, waardoor ze vast bleven zitten in de permafrostlaag. Het resultaat: de permafrost van het noordpoolgebied is veel rijker aan koolstof dan wetenschappers vroeger dachten.

Uit nieuwe ontdekkingen blijkt dat de koolstof vermoedelijk sneller zal vrijkomen naarmate de aarde opwarmt. Naar aanleiding van het verrassende tempo waarin het poolijs smelt en de zorgwekkende manieren waarop het smeltwater zich door het poollandschap beweegt, denken deskundigen nu dat voor elke graad temperatuurstijging op aarde de permafrost zorgt voor net zo veel emissie als wat er in vier tot zes jaar wordt uitgestoten door verbruik van kolen, olie en aardgas. Dat is twee tot drie keer zo veel als wat wetenschappers nog maar een paar jaar geleden verwachtten. Als we het gebruik van fossiele brandstoffen niet aan banden leggen, dreigt de permafrost net zo’n belangrijke bron van broeikasgassen te worden als China, het land dat nu de hoogste uitstoot ter wereld heeft.

Het stroomgebied van de Alatna, die vanuit de Brooks Range in Alaska zuidwaarts stroomt, is nu een corridor voor wilde dieren die naar de Noordpool trekken, waar het steeds warmer wordt.
Het aantal bevers stijgt explosief. Hun vijvers, zoals die geheel links op de foto, zullen de dooi van de permafrost versnellen.

Hiermee hebben we nooit rekening gehouden. Het VN­klimaatpanel IPCC is pas kortgeleden begonnen de permafrost mee te nemen in zijn voorspellingen.

Het potentieel van de permafrost om de aarde op te warmen is veel kleiner dan wat de mens kan aanrichten. Maar om de opwarming beperkt te houden tot twee graden, zoals 195 landen hebben afgesproken op de klimaatconferentie van Parijs in 2015, zullen we – als we de gevolgen van het ontdooien van de permafrost meerekenen – de uitstoot acht jaar eerder moeten beperken dan volgens de modellen van het IPCC.

Zimov kwam voor het eerst in Tsjerski in de jaren zeventig van de twintigste eeuw, hij was als student mee op een expeditie. Een paar jaar later keerde hij terug en richtte hij het Northeast Science Station op. Tegenwoordig is hij er samen met zijn zoon Nikita eigenaar en manager. Het is een nogal geïmproviseerd gebeuren met een krap budget. Maar het station trekt poolonderzoekers van over de hele wereld.

Op een dag in de zomer van 2018 gaan fotograaf Katie Orlinsky en ik samen met Zimov aan boord van een stokoud bootje om een koolstofmeetinstallatie te bevoorraden in de Ambartsjikbocht, bij de monding van de Kolyma aan de Noordelijke IJszee. We lopen over een looppad van achter elkaar geplaatste oude stoomradiatoren, relieken uit de Sovjettijd, door het zompige gras. Tijdens het lopen prikt Zimov, een breedgebouwde man met lang grijs haar weggestopt in een baret, met een metalen buis in de bodem. Zo onderzoekt hij hoe diep de harde permafrost zit.

De oeroude bodem van de Arctische permafrost, zoals hier in de wand van de Batagaikakrater, bevat de organische resten van bladeren, gras en dieren die duizenden jaren geleden, in de ijstijd, zijn gestorven. Al die koolstof heeft altijd veilig opgeslagen gezeten in de bevroren bodem. Maar nu niet meer. Foto gemaakt met medewerking van Loebov Koeprijanova

Boven op de permafrost, de bodemlaag die het hele jaar bevroren blijft, ligt een vier meter dikke laag van aarde en plantenresten, de zogeheten actieve laag. Deze bevriest normaal gesproken elke winter, om elke zomer weer te ontdooien. Daardoor beschermt de actieve laag de permafrost tegen de stijgende temperaturen. Maar voorjaar 2018 merkte een ploeg die voor Nikita werkte dat de aarde vlak onder de oppervlakte in Tsjerski helemaal niet bevroren was gedurende de lange donkere poolwinter. Dat was nog nooit eerder gebeurd. Op 75 centimeter diepte zou de bodem stijf bevroren moeten zijn. Maar in plaats daarvan was het blubber.

‘Drie jaar geleden was de temperatuur in de bodem, boven de permafrost, 3 °C,’ zegt Sergei Zimov. ‘Daarna werd het 2 °C, en daarna 1 °C. Dit jaar was het twee graden bóven nul.’

De Zimovs zijn ervan overtuigd dat in de ijstijd grote grazers het Arctische grasland hielpen onderhouden. Nu importeren ze twee wilde paarden en andere grazers naar hun Pleistocene Park, bij een zijrivier van de Kolyma, in de hoop zo de droge steppe te herstellen en de dooi van de permafrost af te remmen.

Heel verrassend is dat niet. De vijf warmste jaren op aarde, sinds eind negentiende eeuw, waren allemaal na 2014. Het noordpoolgebied warmt twee keer zo snel op als de rest van de aarde, nu er steeds minder bevroren zeewater is om het land koel te houden. Enkele dagen voor onze aankomst in Siberië geeft de thermometer in het Noorse Lakselv, vierhonderd kilometer boven de noordpoolcirkel, een zinderende 32 graden aan. Rendieren zoeken hun toevlucht in verkeerstunnels voor een beetje koelte.

Sinds een halve eeuw is de temperatuur van de permafrost wereldwijd aan het stijgen. In de North Slope­regio in Alaska gaat het om een stijging van 5,8 graden in dertig jaar. Door het plaatselijke ontdooien van de permafrost, vooral in dorpen waar de oppervlakte is verstoord door bebouwing en de warmte kan doordringen in de bodem, zijn kustlijnen geërodeerd, wegen en scholen scheefgezakt, pijpleidingen gebarsten, en ijskelders waar de pooljagers hun walrusvlees en blubber van Groenlandse walvissen opslaan ingestort. De warme zomers hebben steeds meer invloed op het leven van de bewoners van het noordpoolgebied.

Het inheemse echtpaar Nikolai en Svetlana Jaglovski kunnen nog altijd in hun bestaan voorzien door te jagen en op de Kolyma te vissen, dicht bij Tsjerski. Sommige buren zijn noodgedwongen naar de stad verhuisd; door het ontdooien van de permafrost zakken huizen aan de rivieroever in en wordt het landschap moeilijker begaanbaar.

Maar wat de Zimovs in 2018 documenteerden was nog een ander verhaal, iets wat ook implicaties heeft ver buiten het noordpoolgebied: namelijk dat het ook in de winter dooide. De schuldige was, paradoxaal genoeg, een dikke laag sneeuw. Normaal valt er weinig neerslag in Siberië, maar verscheidene winters voorafgaand aan 2018 was er veel sneeuw gevallen. Het dikke pak sneeuw werkte als een deken, die de zomerhitte in de bodem vasthield. Bij een onderzoeksstation op achttien kilometer van Tsjerski zag Mathias Goeckede van het Max­Planck­Institut für Biochemie dat de dikte van de sneeuwlaag in vijf jaar was verdubbeld. In april 2018 waren de temperaturen in de actieve laag zes graden gestegen.

Het verschijnsel beperkt zich niet tot Siberië. Vladimir Romanovski, een permafrostspecialist aan de University of Alaska Fairbanks, observeerde gedurende vele jaren dat op zo’n 180 onderzoekslocaties in Alaska de actieve laag half januari totaal bevroren was. Maar doordat ook daar recent veel sneeuw is gevallen, duurde het eerst tot februari tot de actieve laag bevroren was, en daarna tot maart. In 2018 waren er acht locaties bij Fairbanks en een tiental op het schiereiland Seward, in het westen van Alaska, die niet meer volkomen bevroren raakten.

Er zitten nog maar enkele tientallen meters tussen de afkalvende permafrostkliffen in Newtok, aan de Ninglick River, dicht bij de Beringzee, en de huizen. Het hele dorp gaat verhuizen naar een nieuwe plek, vijftien kilometer stroomop­ waarts. Mogelijk moeten veel dorpen in Alaska hun voorbeeld volgen.

Wereldwijd bevat de permafrost 1600 gigaton koolstof. Dat is bijna twee keer zo veel als de hoeveelheid die zich in de atmosfeer bevindt. Niemand verwacht dat dat allemaal of zelfs voor het grootste deel zal ontdooien. Tot voor kort gingen onderzoekers ervan uit dat hooguit tien procent van de koolstof in de permafrost zou vrijkomen. En dat proces zou, zo dacht men, wel tachtig jaar kunnen duren.

Maar als de actieve laag in de winter niet meer bevriest, wordt het hele proces versneld. Door de toegenomen warmte kunnen bacteriën zich dan het hele jaar voeden met organisch materiaal (en dus kooldioxide of methaan uitstoten) en niet meer alleen gedurende een paar zomermaanden. Die winterse warmte verspreidt zich dan ook weer dieper de permafrostlaag in, zodat het dooiproces sneller verloopt.

Het 380 inwoners tellende dorpje Newtok in Alaska verzakt steeds verder door het ontdooien van de permafrost waarop het is gebouwd. Vier jongens van het Joepikvolk (van links naar rechts Kenyon Kassaiuli, Jonah Andy, Larry Charles en Reese John) steken een ondergelopen vlonderpad over.

Een paar jaar sneeuw in de winter betekent nog geen nieuwe trend: afgelopen winter was er minder sneeuw in Tsjerski, en de grond koelde weer sterk af. Ook in Fairbanks viel minder sneeuw. Toch bleef op sommige van Romanovski’s meetlocaties in Alaska de actieve laag zo veel warmte bevatten dat hij niet totaal bevroor.

‘Dit is echt verbijsterend,’ zegt Max Holmes, adjunct­directeur van het Woods Hole Research Center in Massachusetts. ‘Ik dacht altijd dat het ontdooien van de permafrost een geleidelijk proces was, en het kan zijn dat dit slechts vijf afwijkende jaren zijn. Maar als dat niet het geval is? Als alles veel sneller verandert?’

Meer lezen? Je vindt het hele artikel in de september 2019 editie van National Geographic Magazine. Alles over de Noordpool lees je op natgeo.nl/noordpool