По колено в грязных руинах рухнувшей Аляскинской тундры Элисса Шуэтт указывает на остатки пещеры, которую она смогла вынести прошлым летом. Сегодня он ушел, поглощенный зияющей пастью, известной как термокарст, который продолжает двигаться наружу, когда земля быстро тает.
Сбои в термокарсте возникают, когда вечная мерзлота - слой мерзлого грунта в полярных регионах Земли - оттаивает и становится нестабильной. Хотя события происходят естественным образом по всей Арктике, многие ученые подозревают, что повышение температуры на севере вызывает формирование большего числа этих особенностей. Сравнивая аэрофотоснимки 1985 года с недавними фотографиями, «теперь мы можем с некоторой уверенностью сказать, что в некоторых местах [сейчас] таких функций в два-пять раз больше, чем в начале 1980-х годов», - говорит Уильям Боуден. водный эколог в Университете Вермонта.
Вот почему Боуден, его научный сотрудник Шуэтт и другие сотрудники полевой станции Toolik, Университет Аляски, Фэрбенкс, исследовательский центр в 150 милях к северу от Северного полярного круга на севере Аляски, изучают влияние термокарстов на окружающую среду. Их работа вписывается в давнюю традицию исследований изменения климата в Toolik, которая с момента своего основания в 1975 году предоставила нетронутую лабораторию для изучения того, как более теплый мир преобразит сушу и водные пути Арктики.
Понимание изменения климата и окружающей среды, по мнению Нормана Маркотта из Канадского совета по естественным наукам и инженерным исследованиям, является «острой проблемой» в арктических исследованиях во всем мире. Исследовательские станции, такие как Toolik, играют ключевую роль в сборе долгосрочных данных и изучении проблем в этой области, говорит он по электронной почте, и Канада планирует разработать арктическую исследовательскую станцию со многими из тех же элементов, что и Toolik.
Хотя большая часть исследований в Арктике была сосредоточена на наблюдении за окружающей средой, «в Toolik мы можем углубиться в это» и «изучить то, что фактически контролирует все эти процессы», - говорит соучредитель Toolik Джон Хобби, старший научный сотрудник Ecosystems. Центр морской биологической лаборатории в Вудс-Хоул, штат Массачусетс.
Это также «единственное место в Северной Америке, где мы можем увидеть или получить представление о том, как изменение климата может повлиять на экосистемы», добавляет он.
И во многих отношениях изменение климата уже начало перекраивать эту дихотомически хрупкую и выносливую землю. Между 1966 и 1995 годами арктическая температура повышалась на 0, 7 градуса по Цельсию за десятилетие, и эта тенденция ставит «северную Аляску в жаркое место», говорит Синдония Брет-Харт, заместитель научного директора Toolik. Арктика прогревается быстрее, чем даже тропические районы мира: весна наступает раньше, осень наступает позже, а температура вечной мерзлоты во многих районах, в том числе в Туллике, опасно приближается к критической точке с нулевым градусом Цельсия. Именно тогда замерзшая почва, которая дает тундре ее позвоночник, может разрушиться.
Новые термокарсты на Аляске могут также показать, как потепление может изменить потоки или озера, поскольку эти особенности часто встречаются вблизи воды. Когда термокарст был обнаружен в 2003 году у реки Тулык, Боуден и его коллеги обнаружили, что он выбросил в реку столько осадков, что вода стала мутной на 40 километров ниже по течению. Он и его коллеги также сообщили в июне 2008 года в Журнале геофизических исследований, что аммиак, нитрат и фосфор, выбрасываемые из этого коллапса, со временем «значительно изменят структуру и функцию реки».
Для Боудена и других исследователей из Toolik такие наблюдения были знакомы. В период с 1983 по 2004 год они увидели, как радикально фосфор может реструктурировать реку в эксперименте, проведенном на реке Купарук возле Туллика - «наиболее изученного речного бассейна во всей Арктике», согласно Хобби. В этом эксперименте ученые добавляли небольшое количество фосфора, питательного вещества, обычного для удобрений и бытового и промышленного загрязнения, в реку каждое лето. Через восемь лет мох разросся в реке, вытесняя другие виды растений и вызывая рост некоторых видов насекомых. Производительность в целом по реке взлетела. Это исследование может предвещать, что происходит, когда вечная мерзлота тает, а питательные вещества попадают в воздух и воду.
На суше исследователи из Toolik также добавили удобрения в различные типы тундры. В эксперименте, проводившемся с 1989 года, старший научный сотрудник Центра экосистем Гайус Шейвер обнаружил, что в тундровой гусенице некоторые лиственные кустарники, такие как карликовая береза, могут извлечь выгоду из притока азота и фосфора за счет увеличения численности и уменьшения разнообразия видов. Брет-Харт объясняет, что ученые из Toolik также сосредоточены на том, почему в Арктике происходит озеленение. Это может быть связано с большим количеством кустарников: около 12 000 лет назад, когда климат был теплее, кусты доминировали над ландшафтом, сказала она.
Хотя эти полярные сдвиги могут показаться изолированными от остального мира, тающая Арктика может ускорить изменение климата. Брет-Харт отмечает, что арктические сухопутные земли, включая бореальные леса, содержат около 40 процентов мирового почвенного углерода, но составляют лишь одну шестую часть земной площади. По ее словам, если углерод, попавший в почву, высвобождается в результате таяния вечной мерзлоты, он может более чем удвоить концентрацию углекислого газа, основного парникового газа, в окружающей среде.
Боуден из Университета Вермонта считает, что есть «убедительные доказательства» того, что захваченный углерод и метан могут быть освобождены во время термокарстовых событий и способствовать потеплению. Он ищет финансирование для изучения того, как термокарсты повлияют на арктические экосистемы в целом. Например, термокарст, который вызывает всплеск отложений в водных путях, может задушить растения, засорить жабры рыб и, в конечном итоге, вызвать каскад эффектов на всем протяжении пищевой сети.
«Это не ужасная история - это не так, как будто это не естественный процесс», - предупреждает Боуден. «Но я думаю, что есть убедительные доказательства того, что [человеческие] влияния, находящиеся на некотором расстоянии от Арктики, имеют эти вторичные эффекты ... которые потенциально могут быть очень важны для структурирования того, как арктический ландшафт выглядит и ведет себя в будущем».
