In de wouden van zwarte sparren langs de Tanana River in Centraal-Alaska zagen wetenschappers Miriam Jones en Merritt Turetsky jarenlang hoe de bomen op de moerassige bodem begonnen over te hellen en scheef te groeien en tenslotte omvielen. Langzaamaan werd de grond waarop ze stonden zachter en modderig. Deze ooit stijf bevroren bodem was gestaag aan het ontdooien, klonk steeds verder in en zoog regenwater en smeltwater op.

Al tientallen jaren weten wetenschappers dat de bodem in het hoge noorden van de planeet ontdooit. De ooit permanent bevroren ondergrond, de permafrost, begint nu broeikasgassen uit te stoten die op hun beurt de wereldwijde klimaatverandering zullen versnellen.

Maar mede op basis van wat zij in de ‘dronken bossen’ van Alaska observeerden, konden Turetsky, Jones en hun team van experts deze week nog iets anders bevestigen: de opwarming van de permafrostbodem die dikke ijsaders bevat, zal gepaard gaan met een veel grotere uitstoot dan tot nu toe werd gedacht.

Het proces wordt ‘abrupte dooi’ genoemd en betreft waarschijnlijk maar vijf procent van de permafrost in het Noordpoolgebied, maar het zal genoeg zijn om de totale bijdrage die de ontdooiende permafrost aan de opwarming van de aarde levert, te verdubbelen. Het onderzoeksteam onder leiding van Turetsky presenteerde zijn bevindingen afgelopen maandag in het tijdschrift Nature Geoscience. “Het is een kleine verandering die enorme gevolgen kan hebben,” zegt Turetsky, directeur van het Institute for Arctic and Alpine Research van de University of Colorado.

Abrupte dooi is op zichzelf geen reden tot zorg, zeggen de wetenschappers. De permafrost zal nog altijd veel minder broeikasgassen uitstoten dan de hoeveelheid die door het verstoken van steenkool, aardolie en aardgas in de atmosfeer wordt gepompt. Volgens David Lawrence, hoofdwetenschapper aan het National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, was de verwachting – tot nu toe – dat de ontdooiende permafrost de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde met zo’n tien procent zou versterken.

Maar een verdubbeling van dat percentage is veelbetekenend, want het Intergovernmental Panel on Climate Change – het internationale orgaan dat inschat hoe snel we moeten stoppen met het verstoken van fossiele brandstoffen om de ergste opwarming te voorkomen – heeft de bijdrage van de permafrost niet volledig meegerekend. Kortom, als we de opwarming van de aarde willen beperken tot 1,5 tot 2 graden Celsius, zullen we de overstap naar hernieuwbare energiebronnen sneller moeten uitvoeren dan tot nu werd aangenomen.

Bevroren broeikas

Hoewel de resultaten van Turetsky pas deze week werden gepubliceerd, waren haar jarenlange onderzoek en dat van enkele andere auteurs van de nieuwe studie in september 2019 de basis voor een artikel in National Geographic. Daarin werd beschreven dat wetenschappers al lange tijd wisten dat de permafrost bijna tweemaal zoveel koolstof bevat als de atmosfeer, vooral in de vorm van deels vergane resten van planten en dieren. Niemand verwacht dat al deze permanent bevroren ondergrond, of zelfs een groot deel ervan, zal ontdooien. Bovendien zal de dooi zich over tientallen jaren uitstrekken en zal er vooral kooldioxide (CO2) worden uitgestoten. Een deel van die CO2zal weer worden geabsorbeerd door vegetatie, aangezien de warmere temperaturen tot een toename van de plantbedekking in het Noordpoolgebied zullen leiden.

Maar een klein gedeelte van de ruim 23 miljoen vierkante kilometer permafrost in het Noordpoolgebied zit vol met massief ijs. Wanneer die bodem ontdooit en dat ijs smelt, zal het landschap daardoor dramatisch veranderen. De bodem klinkt sterk in omdat het bevroren water nu lege ruimte achterlaat, waardoor kuilen ontstaan die regenwater opvangen en uiteindelijk in vijvers en zelfs meren zullen veranderen. Al dat water zal de ontdooiing nog verder versnellen.

Door de opwarmende bodem zullen ook CO2-rijke turfgronden ontdooien die duizenden jaren lang in de diepvries hebben gelegen. Dat proces kan leiden tot aardverschuivingen en verstoringen van oeroude bodemlagen. In een groot gedeelte van het Noordpoolgebied blijken deze veranderingen nu sneller plaats te vinden dan werd gedacht. Op een Canadees eiland in het hoge noorden is de inklinking van de bodem tussen 1984 en 2013 met een factor zestig toegenomen.

Waarom is dit belangrijk? Wanneer het ooit stijf bevroren ijs begint te smelten, kunnen veel landschappen letterlijk binnen een maand, week of zelfs dag een andere aanblik krijgen. Bij die veranderingen zal een veel groter gedeelte van de broeikasgassen die in deze met ijs gevulde bodem lagen opgesloten, vrijkomen in de vorm van methaangas, dat als broeikasgas minstens 25-maal krachtiger is dan CO2.

Af en toe zien wetenschappers dit voor hun eigen ogen gebeuren. Katey Walter Anthony van de University of Alaska in Fairbanks trekt er vaak in het donker op uit om in de Noordpoolnacht gaten in het ijs van dichtgevroren vijvers te prikken. Als ze een vlammetje bij die gaten houdt, kan ze vaststellen of er methaan uit de gaten ontsnapt.

Al jaren trekken Jones en Turetsky, beiden experts in noordse wetlands, op sneeuwscooters door de binnenlanden van Alaska om monsters van de permafrostbodem te nemen. Een paar jaar geleden keek Jones, die werkt voor de US Geological Survey, in een gat dat ze zojuist met haar instrumenten in de bodem had geboord. Een paar centimeter onder de oppervlakte zag ze iets opborrelen. De bodem was zó warm geworden dat microben zich tegoed deden aan dode plantenresten, waarbij ze methaangas door de vochtige bodem heen uitstootten. “Het leek alsof de grond kookte,” zegt Jones.

Het belang van permafrost

Het onderzoek dat deze week door Turetsky is gepubliceerd, is een eerste poging om alle veranderingen van de permafrost en de bijdrage daarvan aan de uitstoot van broeikasgassen in te calculeren. “De meesten van ons dachten aanvankelijk dat die bijdrage veel kleiner zou zijn,” zegt medeauteur Lawrence. “Het was verrassend.” De conclusie is volgens Lawrence dat de dooi van de permafrost het nog moeilijker zal maken om onze klimaatdoelen te halen.

In computermodellen die moeten simuleren hoe de uitstoot van broeikasgassen de opwarming van de aarde beïnvloedt, worden pas sinds kort de gevolgen van het ontdooien van de permafrost meegerekend. In de laatste inschatting van het IPCC, uit 2014, was de uitstoot als gevolg van de ontdooiende permafrost niet eens opgenomen. In 2018 kwam het IPCC in een speciaal rapport tot de conclusie dat de uitstoot als gevolg van het verbruik van fossiele brandstoffen in 2030 met 45 procent moet zijn afgenomen en in 2050 geheel moest zijn gestopt om de opwarming van de aarde te beperken tot maximaal 1,5 graad Celsius. Dat rapport ging uit van een vereenvoudigd model waarin de bijdrage van de geleidelijke ontdooiing van de permafrost werd berekend. Maar in dat model was ‘abrupte dooi’ in het geheel niet ingecalculeerd.

Wetenschappers vinden dat dat anders moet. “We moeten nu beleidsdoelen vaststellen,” zodat we de overstap naar schonere energie sneller kunnen maken, zegt Turetsky. Als regeringen geen rekening houden met de feedback van de ontdooiende permafrost, “hoe realistisch zijn we dan in onze voorspellingen?”

Toch is het is niet helemaal duidelijk hoe onderzoekers hier een oplossing voor kunnen vinden. Het Arctisch gebied is onafzienbaar groot en wordt amper geobserveerd, terwijl andere factoren – zoals de toename van het aantal bosbranden in het gebied – tot een nog snellere dooi kunnen leiden.

Charles Koven, wetenschapper aan het Lawrence Berkeley National Laboratory, is hoofdauteur van het hoofdstuk over de koolstofcyclus in het komende IPCC-rapport. Ook is hij medeauteur van Turetsky’s artikel. “We zijn ons bewust van deze resultaten en we zullen ze meewegen,” zegt hij.

Volgens Turetsky moeten de merkwaardige landschapsprocessen die door onderzoekers worden geobserveerd nu het ijsrijke permafrost ontdooit, eigenlijk als een geschenk worden beschouwd. “Veranderingen in het Arctisch gebied – dat klinkt griezelig,” zegt zij. Maar “het Noordpoolgebied laat ons die veranderingen zien op een moment dat we nog altijd controle hebben over onze toekomst. Het vertelt ons wat er de komende tientallen jaren in de hele wereld staat te gebeuren.”

We hoeven er alleen maar naar te luisteren – en onze respons erop aanscherpen.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com