Вечная мерзлота сдерживает расширение арктических рек и выбросы углерода

Новое исследование, проведенное в Дартмуте, представляет собой первое доказательство того, что замерзшая почва Арктики является доминирующей силой, формирующей самые северные реки Земли. Согласно исследованию, опубликованному в Proceedings of the National Academy of Sciences, вечная мерзлота – толстый слой почвы, который остается замерзшим в течение двух и более лет, – является причиной того, что арктические реки равномерно ограничены меньшей площадью и более мелкими долинами, чем реки на юге.

Вечная мерзлота также является все более хрупким резервуаром огромного количества углерода. По расчетам исследователей, по мере того как изменение климата ослабляет арктическую мерзлоту, каждый градус глобального потепления может высвободить столько углерода, сколько 35 миллионов автомобилей выбрасывают в атмосферу за год, поскольку полярные водные пути расширяются и взбивают оттаивающую почву.

«Вся поверхность Земли находится в состоянии перетягивания каната между такими процессами, как склоны холмов, которые сглаживают ландшафт, и такими силами, как реки, которые его разрушают. Мы понимаем физику на фундаментальном уровне, но когда все начинает замерзать и оттаивать, трудно предсказать, какая сторона победит», – говорит первый автор статьи Джоанмари Дель Веккио.

Если победят склоны холмов, то они похоронят весь углерод, запертый в почве. Но если наступит потепление и вдруг русла рек начнут побеждать, мы увидим, как большое количество углерода попадет в атмосферу. Это, вероятно, создаст петлю обратной связи с потеплением, которая приведет к выбросу еще большего количества парниковых газов.

Ученые задались целью понять, почему арктические водоразделы (общая площадь водосбора реки и связанных с ней водных путей) имеют меньшую площадь рек, чем водоразделы в более теплом климате, которые могут иметь обширные притоки, раскинувшиеся по всему ландшафту.  

Ученые исследовали глубину, рельеф и состояние почвы более чем 69 000 водосборных бассейнов в Северном полушарии – от тропика Рака до Северного полюса – с помощью спутниковых и климатических данных. Они измерили процент территории, занимаемой сетью русел каждой реки в пределах ее водосбора, а также крутизну речных долин.

Сорок семь процентов проанализированных водосборных бассейнов сформированы вечной мерзлотой. По сравнению с водосборами умеренного климата, их речные долины глубже и круче, и примерно на 20 % меньше окружающего ландшафта занято руслами. Эти сходства наблюдаются, несмотря на различия в истории оледенения, крутизне рельефа, годовом количестве осадков и других факторах. Арктические водосборные бассейны формируются под влиянием одной общей черты – вечной мерзлоты.

«Как ни крути, регионы с более крупными и обильными речными руслами теплее, там выше средняя температура и меньше вечной мерзлоты», – говорит Дель Веккио.  

Способность вечной мерзлоты ограничивать влияние арктических рек также позволяет ей хранить огромные объемы углерода в замерзшей земле. Чтобы оценить его количество, которое будет высвобождаться из водосборных бассейнов в результате изменения климата, исследователи объединили количество углерода, хранящегося в вечной мерзлоте, с эрозией почвы, которая будет происходить по мере оттаивания грунта и вымывания его арктическими реками.

Арктика потеплела более чем на 2 градуса по Цельсию с 1850 года. По оценкам ученых, постепенное таяние арктической вечной мерзлоты может привести к высвобождению от 22 до 432 миллиардов тонн углекислого газа к 2100 году, если нынешние выбросы парниковых газов будут ограничены, и до 550 миллиардов тонн, если этого не произойдет.

По оценкам Международного энергетического агентства, в 2022 году энергопотребление извергло в атмосферу более 36 миллиардов тонн углекислого газа, что является рекордным показателем.

Арктика уже сталкивалась с потеплением в прошлом, но пугает то, как быстро оно происходит сейчас. Ландшафт должен реагировать сразу, что может быть травматично. Ученые вспоминают, как во время поездки в Арктику они увидели, как от скалы откололся кусок горной породы размером с небольшое здание. Виновником раскола оказался небольшой ручеек воды, который просочился в скалу и ослабил ее.

Это ландшафт, приспособленный к более холодным условиям, поэтому при появлении даже небольшого количества воды, протекающей через породу, могут возникнуть существенные изменения.

«Наше понимание арктических ландшафтов находится примерно там же, где мы были 100 лет назад в отношении ландшафтов умеренного пояса. Это исследование – первый важный шаг к тому, чтобы показать, что модели и теории, которые мы имеем для водосборных бассейнов умеренной зоны, просто невозможно применить к полярным регионам», – пояснили ученые.

По словам дель Веккио, керны осадочных пород, собранные в Арктике, свидетельствуют об обширных почвенных стоках и отложениях углерода примерно 10 000 лет назад, что говорит о том, что в этом регионе было гораздо теплее, чем сейчас. Сегодня такие районы, как Пенсильвания и Среднеатлантический регион США, расположенные к югу от самых дальних границ ледников ледникового периода, предвещают будущее современной Арктики.

«У нас есть свидетельства того, что в прошлом при потеплении в океан попадало много осадочных пород. А теперь у нас есть снимок, показывающий, что с потеплением в Арктике станет больше водных каналов, однако я не думаю, что мы знаем, как именно всё изменится», – заключили ученые.

[Фото: ru.123rf.com]