Só o permafrost retém os rios do Ártico – e muito carbono

A extensão do permafrost define a densidade de drenagem no Ártico. Nova pesquisa do Dartmouth College fornece a primeira evidência de que o solo congelado do Ártico é a força dominante que molda os rios mais ao norte da Terra por *Dartmouth College

Opermafrost, a espessa camada de solo que permanece congelada durante dois ou mais anos de cada vez, é a razão pela qual os rios do Ártico estão uniformemente confinados a áreas menores e vales mais rasos do que os rios do sul, de acordo com um estudo publicado no Proceedings of the National. Academia de Ciências.

Mas o permafrost também é um reservatório cada vez mais frágil de grandes quantidades de carbono. À medida que as alterações climáticas enfraquecem o permafrost do Ártico, os investigadores calculam que cada 1,8 graus Fahrenheit (1 grau Celsius) de aquecimento global poderia libertar tanto carbono como 35 milhões de carros emitem num ano, à medida que as vias navegáveis polares se expandem e agitam o solo descongelado.

“Toda a superfície da Terra está em um cabo de guerra entre processos como encostas que suavizam a paisagem e forças como rios que as dividem”, disse a primeira autora Joanmarie Del Vecchio, que liderou o estudo como bolsista de pós-doutorado Neukom na Dartmouth com seus conselheiros e coautores do estudo Marisa Palucis, professora assistente de ciências da terra, e professor de engenharia Colin Meyer.

Fotos: Alfred-Wegener-Institut. multimídia.awi.de/mosaic, Anais da Academia Nacional de Ciências (2024), Mulu Fratkin, NASA/JPL-Caltech/Charles Miller, PNAS

“Entendemos a física em um nível fundamental, mas quando as coisas começam a congelar e descongelar, é difícil prever qual lado vencerá”, disse Del Vecchio. “Se as encostas vencerem, elas vão enterrar todo o carbono preso no solo. Mas se as coisas esquentarem e de repente os canais dos rios começarem a vencer, veremos uma grande quantidade de carbono sendo liberada na atmosfera. provavelmente criará esse ciclo de feedback de aquecimento que levará à liberação de mais gases de efeito estufa”. Os investigadores procuraram compreender por que é que as bacias hidrográficas do Ártico – a área total de drenagem de um rio e dos seus cursos de água conectados – tendem a ter menos área fluvial do que as bacias hidrográficas em climas mais quentes, que podem ter extensos afluentes que se espalham pela paisagem. Del Vecchio, agora pesquisador visitante em Dartmouth e professor assistente no College of William and Mary, concebeu o estudo em 2019 enquanto conduzia trabalho de campo no Alasca. Ela subiu a colina a partir de seu local de trabalho à beira do rio e contemplou uma vista de encostas de montanhas íngremes, sem interrupções por rios ou riachos.

Extensão do permafrost no Hemisfério Norte de acordo com o mapa do permafrost da Associação Internacional de Permafrost (Brown et al., 2002). Diferentes classes de permafrost são plotadas em cores diferentes e a linha vermelha mostra o limite da extensão do permafrost calculada a partir da simulação JSBACH (valores médios de 1980–1990).

Mapa da área de drenagem pan-Ártica (20,5 × 10 6 km 2 ) mostrando estações ativas de monitoramento de descarga fluvial na Rússia (marrom), Canadá (vermelho), Estados Unidos (azul), Escandinávia (amarelo) e Islândia (verde) . As bacias hidrográficas dos seis maiores rios da área de drenagem pan-Ártica também são destacadas

“Parecia que as encostas estavam ganhando e os canais perdendo”, disse Del Vecchio. “Queríamos testar se era a temperatura que moldava esta paisagem. Temos muita sorte de ter a quantidade de dados de superfície e de elevação digital que foram produzidos nos últimos anos. Não poderíamos ter feito este estudo há alguns anos”.

Os investigadores examinaram a profundidade, a topografia e as condições do solo de mais de 69.000 bacias hidrográficas em todo o Hemisfério Norte –desde logo acima do Trópico de Câncer até ao Pólo Norte – utilizando dados de satélite e climáticos. Eles mediram a porcentagem de terra que a rede de canais de cada rio ocupa dentro de sua bacia hidrográfica, bem como a inclinação dos vales dos rios.

Quarenta e sete por cento das bacias hidrográficas analisadas são moldadas pelo permafrost. Em comparação com as bacias hidrográficas temperadas, os vales dos rios são mais profundos e íngremes e cerca de 20% menos da paisagem circundante é ocupada por canais. Essas semelhanças ocorrem apesar de quaisquer diferenças na história glacial, na inclinação topográfica de fundo, na

( A ) Gráfico de estimativa de densidade do kernel para visualizar a distribuição da densidade de drenagem para bacias hidrográficas de permafrost com MATErro de entrada matemáticaErro de entrada matemática2,5 °C (mostrado em azul) e bacias hidrográficas sem permafrost com MATErro de entrada matemáticaErro de entrada matemática2,5 °C (mostrado em vermelho). Os ajustes de regressão linear são realizados separadamente nos dois conjuntos de dados. ( B e C ) Uma regressão de mínimos quadrados ordinários entre MAT e MAP foi realizada para atribuir a cada bacia hidrográfica um MAP residual ( SI Apêndice ). Os gráficos do KDE mostram a densidade de valores residuais em dados de permafrost ( B ) e não permafrost ( C ) com cores mais escuras correspondendo à alta densidade de dados. Os valores residuais para bacias hidrográficas sem permafrost têm uma relação mais forte com a densidade de drenagem, implicando que as variações na precipitação anual exercem algum controle sobre a densidade de drenagem para bacias hidrográficas sem permafrost, mas a relação é mais fraca em bacias hidrográficas com permafrost precipitação anual e em outros fatores que, de outra forma, governariam o movimento da água e da terra, relatam os pesquisadores. As bacias hidrográficas do Ártico são moldadas pela única coisa que têm em comum: o permafrost.

“De qualquer forma, as regiões com canais fluviais maiores e mais abundantes são mais quentes, com uma temperatura média mais elevada e menos permafrost”, disse Del Vecchio. “É preciso muito mais água para cavar vales em áreas com permafrost”.

O poder do permafrost de limitar a pegada dos rios do Ártico também lhe permite armazenar grandes quantidades de carbono na terra congelada, de acordo com o estudo. Para estimar o carbono que seria libertado por estas bacias hidrográficas devido às alterações climáticas , os investigadores combinaram a quantidade de carbono armazenado no permafrost com a erosão do solo que resultaria à medida que o solo descongelasse e fosse levado pela água à medida que os rios Árticos se espalhassem.

Densidade de drenagem das bacias hidrográficas estudadas em função da temperatura média anual (MAT) e da precipitação média anual (MAP)

Os pesquisadores de Dartmouth decidiram entender por que as bacias hidrográficas do Ártico tendem a ter menos área fluvial do que as bacias hidrográficas em climas mais quentes. A primeira autora, Joanmarie Del Vecchio (foto), concebeu o estudo enquanto conduzia um trabalho de campo no Alasca, depois de subir uma colina a partir de seu local de trabalho à beira do rio e contemplar uma vista de encostas de montanhas sem interrupções por rios ou riachos

A pesquisa sugere que o Ártico aqueceu mais de 2 graus Celsius (3,6 graus Fahrenheit) acima dos níveis pré-industriais, ou aproximadamente desde 1850, disse Del Vecchio.

Os cientistas estimam que um degelo gradual do permafrost do Ártico poderá libertar entre 22 mil milhões e 432 mil milhões de toneladas de dióxido de carbono até 2100 se as atuais emissões de gases com efeito de estufa forem controladas – e até 550 mil milhões de toneladas se não o forem, disse ela. A Agência Internacional de Energia estima que o consumo de energia em 2022 expeliu mais de 36 mil milhões de toneladas de dióxido de carbono na atmosfera, um recorde histórico.

O Ártico está adaptado ao frio há tanto tempo que os cientistas têm pouca ideia de quanto, ou com que rapidez, o carbono será libertado se o permafrost descongelar numa escala de tempo acelerada, disse Palucis, cujo grupo de investigação utiliza o Ártico como substituto. para Marte estudar os processos de superfície do Planeta Vermelho.

“Embora o Ártico tenha sofrido aquecimento no passado, o que é assustador é a rapidez com que está a ocorrer agora. A paisagem deve responder rapidamente e isso pode ser traumático”, disse ela.

Palucis lembrou-se de uma viagem de pesquisa ao Ártico, quando viu um pedaço de rocha do tamanho de um pequeno edifício quebrar-se de um penhasco. O culpado da ruptura foi um pequeno fluxo de água que penetrou na rocha e a enfraqueceu.

“Esta é uma paisagem adaptada a condições mais frias, por isso, quando a alteramos, mesmo uma pequena quantidade de água fluindo através da rocha é suficiente para causar mudanças substanciais”, disse Palucis.

“Nossa compreensão das paisagens do Ártico está mais ou menos onde estávamos com as paisagens temperadas há 100 anos”, disse ela. “Este estudo é um primeiro passo importante para mos- trar que os modelos e teorias que temos para bacias hidrográficas temperadas simplesmente não podem ser aplicados às regiões polares.

À medida que o aumento das temperaturas derrete o permafrost, o terreno no Norte está a ser alterado por deslizamentos de terra e erosão

É todo um novo conjunto de portas a percorrer em termos de compreensão destas paisagens”.

Núcleos de sedimentos coletados no Ártico mostraram extenso escoamento do solo e depósitos de carbono há cerca de 10 mil anos, sugerindo uma região muito mais quente do que a que existe agora, disse Del Vecchio. Hoje, áreas como a Pensilvânia e o Médio Atlântico dos Estados Unidos, que ficam logo ao sul do alcance mais distante das geleiras da Idade do Gelo, pressagiam o futuro do Ártico moderno.

“Temos algumas evidências do passado de que muitos sedimentos foram lançados no oceano quando houve aquecimento”, disse Del Vecchio. “E agora temos um instantâneo do nosso artigo que mostra que o Ártico terá mais canais de água à medida que fica mais quente. Mas nada disso é o mesmo que dizer: ‘Isto é o que acontece quando você pega uma paisagem fria e aumenta a temperatura real. rápido.’ Não acho que sabemos como isso vai mudar”.