Arktyka budzi coś niepokojącego. To mikroorganizmy uśpione od tysięcy lat

Naukowcy odkryli, że odmarzanie arktycznych gleb uruchamia aktywność tylko części mikroorganizmów, co może wpłynąć na prognozy dotyczące emisji gazów cieplarnianych.
Eksperymenty wykazały, że połowa mikrobów pozostaje uśpiona nawet po kilku tygodniach odmarzania, a mikroorganizmy odpowiadające za pochłanianie metanu aktywują się z opóźnieniem.
Badania wskazują, że proces topnienia wiecznej zmarzliny w Arktyce może rozciągać się na dekady, prowadząc do długotrwałych zmian klimatu i konsekwencji dla całej planety.
Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu

Wieczna zmarzlina to warstwa gruntu utrzymująca temperaturę poniżej zera przez co najmniej dwa lata z rzędu. W praktyce wiele obszarów Arktyki pozostaje zamarzniętych od tysięcy lat. W lodzie i glebie uwięzione są ogromne ilości materii organicznej, dwutlenku węgla oraz metanu. Gdy temperatura rośnie, zmarzlina zaczyna topnieć, a zamrożone wcześniej mikroorganizmy odzyskują aktywność. To właśnie one rozkładają materię organiczną i uwalniają gazy cieplarniane, które dodatkowo napędzają globalne ocieplenie.

Naukowcy chcieli sprawdzić, co dzieje się w Arktyce

Jak donosi serwis EurekAlert badania zostały przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowców związanych między innymi z Queen Mary University of London oraz University College London. W projekcie uczestniczyli również badacze z Francji, Niemiec, Włoch, Rosji i Stanów Zjednoczonych. Celem było dokładne zrozumienie, jak mikroorganizmy reagują na coraz dłuższe okresy odmarzania gleby w Arktyce.

Naukowcy od dawna wiedzieli, że arktyczne gleby magazynują gigantyczne ilości węgla. Problem polegał jednak na tym, że modele klimatyczne zakładały dość prosty mechanizm działania. Przyjmowano, że wraz z ociepleniem większość mikrobów niemal natychmiast zacznie rozkładać zamrożoną materię organiczną, uwalniając coraz większe ilości dwutlenku węgla i metanu. Najnowsze badania pokazują jednak, że rzeczywistość jest dużo bardziej skomplikowana.

Badacze chcieli odpowiedzieć na jedno kluczowe pytanie: czy rozmarzanie arktycznych gleb automatycznie oznacza gwałtowny wzrost aktywności biologicznej? Odpowiedź okazała się zaskakująca nawet dla samych autorów projektu.

Wieczna zmarzlina działa jak wielki magazyn. cboswell123RF/PICSEL

Tak wyglądały badania prowadzone w ekstremalnych warunkach

Próbki gleby pobrano w pobliżu Bayelva Permafrost Observatory na archipelagu Svalbard. To jedno z miejsc szczególnie narażonych na skutki zmian klimatycznych. Arktyka ociepla się bowiem nawet cztery razy szybciej niż reszta świata.

Następnie próbki zostały przewiezione do laboratoriów, gdzie przez wiele tygodni odtwarzano warunki przypominające naturalne sezonowe odmarzanie gleby. Naukowcy obserwowali, jak zachowują się setki różnych mikroorganizmów ukrytych w arktycznej ziemi. Wykorzystano zaawansowaną analizę DNA oraz metodę znakowania izotopowego, która pozwoliła śledzić rozwój konkretnych grup mikrobów.

Eksperyment trwał aż 98 dni. W tym czasie badacze regularnie sprawdzali, które mikroorganizmy zaczynają się rozmnażać, które pozostają uśpione i jak zmienia się ich wpływ na środowisko. Szczególną uwagę zwrócono na bakterie związane z emisją oraz pochłanianiem metanu.

To właśnie metan budzi dziś największe obawy klimatologów. Gaz ten działa znacznie silniej niż dwutlenek węgla i może gwałtownie przyspieszać wzrost temperatur na świecie. Dlatego każde nowe odkrycie dotyczące arktycznych gleb ma ogromne znaczenie dla przewidywania przyszłych zmian klimatycznych.

Odkrycie zaskoczyło badaczy. Połowa mikrobów nadal „śpi”

Największym zaskoczeniem okazał się fakt, że nawet po wielu tygodniach odmarzania aktywna pozostawała jedynie część mikroorganizmów. Około połowa społeczności bakteryjnej nadal pozostawała w stanie uśpienia. To oznacza, że proces uwalniania gazów cieplarnianych może przebiegać etapami i rozciągać się na długie lata.

Dr Margaret Cramm, główna autorka badania, podkreśliła, że „rozmarzanie arktycznych gleb nie po prostu włącza aktywność mikrobów”. Badaczka zaznaczyła, że reakcja biologiczna rozwija się stopniowo i zależy od długości okresu odmarzania.

To odkrycie ma ogromne znaczenie dla nauki o klimacie. Dotychczasowe modele zakładały bardziej jednorodną reakcję mikroorganizmów. Tymczasem okazuje się, że część z nich potrzebuje znacznie więcej czasu, by się aktywować. W praktyce może to oznaczać, że emisje gazów cieplarnianych będą rosły stopniowo wraz z wydłużaniem arktycznych sezonów bez mrozu.

Jeszcze bardziej niepokojące okazały się wyniki dotyczące bakterii pochłaniających metan. Naukowcy odkryli, że niektóre z nich budzą się dopiero po długim czasie od rozmarznięcia gleby.

Niektóre mikroby konsumujące metan aktywują się dopiero po dłuższym odmarzaniu

To oznacza, że w pierwszej fazie topnienia wiecznej zmarzliny emisje metanu mogą przewyższać zdolność gleby do jego pochłaniania. Dopiero po czasie część mikroorganizmów zaczyna neutralizować ten gaz.

Arktyka może uruchomić niebezpieczny mechanizm klimatyczny

Naukowcy podkreślają, że odkrycie nie oznacza uspokojenia sytuacji. Wręcz przeciwnie. Rozciągnięty w czasie proces aktywacji mikrobów może sprawić, że skutki topnienia wiecznej zmarzliny będą odczuwalne przez dekady.

W arktycznej glebie znajdują się gigantyczne ilości węgla magazynowane przez tysiące lat. Według szacunków może to być nawet około 1700 miliardów ton. To niemal trzy razy więcej niż obecnie znajduje się w atmosferze. Jeśli znaczna część tych zasobów zostanie uwolniona, globalne ocieplenie może gwałtownie przyspieszyć.

Coraz więcej badań wskazuje również, że rozmarzanie zmarzliny wpływa nie tylko na emisję gazów, ale także na stabilność całych ekosystemów. Topniejąca ziemia staje się bardziej przepuszczalna, zmienia się skład roślinności, a do atmosfery przedostają się kolejne ilości metanu.

Eksperci obawiają się tzw. sprzężenia zwrotnego klimatu. Mechanizm jest prosty: wyższa temperatura powoduje topnienie zmarzliny, zmarzlina uwalnia gazy cieplarniane, a te jeszcze bardziej podnoszą temperaturę. W efekcie proces może zacząć sam się napędzać.

Arktyka zmienia się szybciej niż przewidywano

Najnowsze obserwacje z różnych części świata pokazują, że problem nie ogranicza się wyłącznie do lądów Arktyki. Badacze coraz częściej wykrywają emisje metanu spod lodowców Grenlandii, dna mórz arktycznych i obszarów podmorskiej zmarzliny.

W jednym z badań naukowcy odkryli ślady uwalniania metanu spod lądolodu Grenlandii podczas wcześniejszych okresów ocieplenia klimatu. Inne zespoły wskazują, że topnienie lodowców może destabilizować ogromne pokłady hydratów metanu znajdujących się pod dnem oceanów.

Choć część ekspertów podkreśla, że skala przyszłych emisji nadal pozostaje trudna do oszacowania, coraz mniej naukowców ma wątpliwości, że Arktyka staje się jednym z najważniejszych punktów krytycznych dla klimatu Ziemi.

skaliste głazy na pierwszym planie, w tle rozległe pasmo gór pokrytych śniegiem oraz błękitne jezioro, nad którym unosi się stado ptaków; kontrastujące z zielono–brązową roślinnością plamy śniegu urozmaicają pagórkowaty krajobraz tundry

Arktyka ociepla się osiem razy szybciej niż reszta świataerectus123RF/PICSEL

Skutki mogą odczuć miliardy ludzi

Konsekwencje topnienia wiecznej zmarzliny nie dotyczą wyłącznie odległych terenów północy. Zmiany klimatyczne wpływają już dziś na fale upałów, susze, gwałtowne burze i podnoszenie poziomu mórz. Dodatkowe emisje gazów cieplarnianych z Arktyki mogą jeszcze bardziej przyspieszyć te procesy.

Naukowcy ostrzegają także przed problemami infrastrukturalnymi. W regionach arktycznych topniejąca ziemia niszczy drogi, budynki i rurociągi. W niektórych miejscach dochodzi nawet do zapadania się gruntu. Zmieniają się również lokalne ekosystemy, a dawne obszary tundry zaczynają przypominać bagna emitujące coraz większe ilości metanu.

Najważniejszy wniosek płynący z nowych badań jest jednak inny. Arktyka nie reaguje na ocieplenie w sposób prosty i przewidywalny. Pod powierzchnią zamarzniętej ziemi działa skomplikowany świat mikroorganizmów, który może przez kolejne dekady wpływać na klimat całej planety.