Un nuovo studio offre una delle immagini più chiare finora di ciò che accade quando il permafrost artico si scongela. Guidata dal geoscienziato Michael Rawlins dell’Università del Massachusetts Amherst, la ricerca fornisce dettagli su come il riscaldamento delle temperature stia rimodellando i sistemi idrici e rilasciando carbonio congelato da tempo.
Il team ha esaminato una regione del North Slope dell’Alaska di dimensioni approssimativamente simili a quelle del Wisconsin, dove centinaia di fiumi e ruscelli sfociano nel Mare di Beaufort. Utilizzando 44 anni di dati modellistici con una risoluzione di un chilometro, hanno scoperto che il deflusso sta aumentando bruscamente, i fiumi trasportano quantità crescenti di carbonio e la stagione dello disgelo si prolunga più avanti nell’anno, raggiungendo ora la fine dell’estate e l’autunno. I risultati sono stati pubblicati su Global Biogeochemical Cycles .
I fiumi artici svolgono un ruolo sproporzionato nel sistema globale
I fiumi dell’Artico hanno un’influenza sorprendentemente grande sul pianeta. Essi forniscono circa l’11% dell’acqua dei fiumi del mondo in un oceano che contiene solo l’1% del volume globale degli oceani. Questo rende l’Oceano Artico particolarmente sensibile ai cambiamenti che avvengono nei fiumi e nei corsi d’acqua della regione.
Sebbene lo scioglimento della neve fornisca gran parte di questa acqua, lo scongelamento del permafrost sta diventando sempre più importante. Il terreno contiene uno strato noto come “strato attivo”, che ogni anno si congela e si scongela. Con il riscaldamento climatico, questo strato si fa più profondo, permettendo a più acqua sotterranea di fluire nei fiumi artici.
Lo scongelamento del suolo rilascia carbonio antico
Lo strato attivo contiene grandi quantità di materiale organico che è stato congelato da migliaia di anni. Man mano che si approfondisce, una maggiore quantità di questo materiale viene rilasciata nei fiumi sotto forma di carbonio organico disciolto (COD), raggiungendo infine l’oceano.
L’Oceano Artico già riceve una quota sproporzionata di questo carbonio rispetto ad altre parti del mondo. Ogni anno, più di 275 milioni di tonnellate vengono convertite in anidride carbonica, contribuendo al riscaldamento globale e creando un circolo vizioso che può intensificare il cambiamento climatico.
Le osservazioni limitate rendono la modellazione essenziale
Capire come i singoli fiumi rispondono al riscaldamento è difficile perché le misurazioni dirette nell’Alaska settentrionale sono limitate.
“Ciò che rende questa domanda così difficile da rispondere è che le osservazioni dirette sono molto scarse nel nord dell’Alaska”, afferma Rawlins, professore associato di estensione di Scienze della Terra, Geografiche e Climatiche all’UMass Amherst. “Non ci sono nemmeno lontanamente abbastanza misurazioni di campioni fluviali per quantificare gli apporti agli estuari lungo l’intero North Slope dell’Alaska.”
Per colmare questa lacuna, Rawlins ha sviluppato il Modello di Bilancio Idrico del Permafrost negli ultimi 25 anni. Questo modello stima processi chiave come l’accumulo di neve, lo scioglimento e le variazioni dello strato attivo per rappresentare meglio le condizioni reali. Nel 2021 è stato ampliato per simulare carbonio organico disciolto, e nel 2024 è stato applicato su 22,45 milioni di chilometri quadrati di terra artica.
Il modello suggerisce che nei prossimi 80 anni l’Artico potrebbe sperimentare fino al 25% in più di deflusso sotterraneo, il 30% in più di flusso sotterraneo e una siccità crescente nelle aree meridionali.
La modellazione ad alta risoluzione rivela nuovi modelli
Le versioni precedenti del modello utilizzavano celle a griglia larghe 25 chilometri. Questo studio migliora ciò catturando i cambiamenti su scala molto più fine.
“Di solito abbiamo eseguito il modello su celle a griglia da 25 chilometri,” afferma Rawlins. “Questo nuovo studio è la prima volta che qualcuno cattura un’area così ampia dell’Artico — circa la dimensione del Wisconsin — fino alla scala chilometrica, e in un periodo così lungo: il nostro modello simula le portate giornaliere dei fiumi ed esportazioni costiere in 44 anni dal 1980 al 2023.”
L’esecuzione del modello richiedeva una potenza di calcolo considerevole. Ogni simulazione richiedeva 10 giorni consecutivi su un supercomputer presso il Massachusetts Green High Performance Computing Center.
“I nostri input di acqua dolce e DOC agli estuari costieri saranno utili a un’ampia gamma di stakeholder interessati a questi ecosistemi unici della costa settentrionale dell’Alaska,” afferma Rawlins, “incluso il progetto Beaufort Lagoon Ecosystems, che sta aiutando a quantificare esattamente cosa sta arrivando attraverso questi estuari costieri.”
Il nord-ovest dell’Alaska mostra i maggiori aumenti di carbonio
I ricercatori hanno scoperto che, mentre il deflusso e lo scongelamento aumentano nella regione, il maggior aumento delle esportazioni di carbonio si verifica nel nord-ovest dell’Alaska.
“Lì è più piatta,” dice Rawlins, “il che significa che c’è molto più carbonio proveniente dalla materia in decomposizione nel permafrost che si è accumulata per decine di migliaia di anni. Questo è carbonio antico. Più vai a est, più diventa montuoso. Il terreno è più roccioso e sabbioso, e finora meno DOC viene mobilitato mentre il permafrost si scioglie.”
Una stagione di disgelo più lunga sta portando al cambiamento
Uno dei risultati più notevoli è quanto del cambiamento sia direttamente legato allo scioglimento del permafrost. La stagione dello sgelo ora dura più a lungo rispetto al passato, estendendosi a settembre e persino ottobre.
Questi cambiamenti probabilmente stanno influenzando la salinità, i cicli dei nutrienti e le reti trofici nel Mare di Beaufort. I ricercatori stanno ora studiando come i poligoni a cuneo di ghiaccio, una caratteristica comune del paesaggio artico, influenzino il modo in cui acqua e carbonio si muovono verso le aree costiere.
Un divario critico nella comprensione del ciclo del carbonio
“Quanto DOC arrivi all’oceano tramite fiumi e ruscelli fa parte del ciclo del carbonio di cui non sappiamo molto,” dice Rawlins. “Abbiamo disperatamente bisogno di più di questi studi sulla connessione terra-oceano se vogliamo affrontare pienamente il problema del riscaldamento globale e gli effetti che avrà sugli ecosistemi costieri.”
La ricerca è stata finanziata dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e dalla NASA.
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