Вічна мерзлота поступово втрачає стабільність не лише в Арктиці, а й у гірських районах Антарктиди, Альпах та на Тибетському нагір’ї. До такого висновку дійшли автори першого глобального дослідження, яке об’єднало багаторічні спостереження за станом мерзлих ґрунтів. Отримані результати викликають занепокоєння не тільки через можливе вивільнення парникових газів, а й через загрозу для доріг, будівель, трубопроводів та інших об’єктів інфраструктури.
Дослідниця Анна Клене протягом майже трьох десятиліть щоліта вирушає на північ Аляски, перетинає хребет Брукс і вимірює глибину сезонного відтавання ґрунту. Для цього вона просто встромляє в землю металевий щуп і фіксує, наскільки глибоко той проходить, перш ніж натрапити на мерзлий шар.
Метод виглядає доволі простим, але саме такі регулярні вимірювання дали змогу сформувати масштабну картину змін. Дослідження охопило 156 пунктів спостереження в різних регіонах світу за період із 2000 до 2024 року. Середня тривалість спостережень на одному пункті становила 20 років.
Що відбувається з вічною мерзлотою
Під час дослідження науковці вимірювали товщину так званого активного шару — верхньої частини ґрунту над вічною мерзлотою, яка щороку відтає влітку та знову замерзає взимку.
У стабільних умовах глибина цього шару залишається приблизно однаковою протягом десятиліть. Якщо ж він поступово збільшується, це може свідчити про потепління глибших мерзлих ґрунтів і втрату їхньої стабільності.
Вічна мерзлота — це не просто замерзла земля. Вона складається з ґрунту, гірських порід і осадових відкладень, які залишаються промерзлими щонайменше два роки поспіль. У багатьох районах такий стан зберігався тисячоліттями.
Мерзлі ґрунти займають близько 15% відкритої поверхні суші Північної півкулі та майже всі вільні від льоду території Антарктиди. Їхня роль виходить далеко за межі геології: приблизно 70% органічного вуглецю, накопиченого у вічній мерзлоті, міститься у верхніх трьох метрах ґрунту.
Коли земля відтає, мікроорганізми отримують доступ до органічних решток, які раніше були заморожені. Розкладаючи їх, вони вивільняють вуглекислий газ і метан, що посилює парниковий ефект.
Де відтавання відбувається найшвидше
Результати спостережень показали чітку тенденцію до поглиблення активного шару. Його товщина статистично значуще зросла на 55% досліджених арктичних ділянок і на 38% антарктичних. У гірських районах зміни зафіксували більш ніж на 90% пунктів спостереження. На окремих ділянках глибина сезонного відтавання за період дослідження подвоїлася.
Особливо швидкі зміни виявили в горах Норвегії та Швейцарських Альпах. На двох норвезьких ділянках — Ювассхее та Сньогейм — активний шар збільшувався на 8,45 сантиметра щороку. У Швейцарських Альпах темпи зростання становили від 9 до 36 сантиметрів на рік.
Водночас різні типи ґрунтів реагують на потепління неоднаково. У низинних районах Арктики менші зміни спостерігали на ділянках із товстим органічним шаром, зокрема на торфовищах і територіях із густою рослинністю. Органічна речовина діє як теплоізоляція, послаблюючи вплив коливань температури повітря.
Натомість оголені піщані ґрунти та скельні поверхні відтають швидше. На більшості досліджених ділянок північного схилу Аляски активний шар поглиблювався на 0,3–0,6 сантиметра на рік.
Суттєвий вплив мають і лісові пожежі. Вогонь знищує рослинність та ізоляційний органічний шар, через що літнє тепло безпосередньо впливає на мерзлий ґрунт. На ділянках, які раніше постраждали від пожеж, науковці зафіксували інтенсивніше відтавання.
Тибетське нагір’я — особлива зона ризику
Причини змін залежать від географії. Для низинної арктичної мерзлоти головним чинником виявилося літнє потепління. Додаткову роль відіграють рідкі опади: вологе літо сприяє глибшому відтаванню, ніж сухе. Натомість температура холодного сезону після врахування місцевих особливостей мала незначний вплив.
У гірських районах ситуація складніша. Рельєф і властивості ґрунтів дуже неоднорідні, а наявні кліматичні дані для великих висот недостатньо деталізовані, щоб повністю пояснити всі відмінності.
Особливу увагу дослідники приділяють Тибетському нагір’ю, яке називають Третім полюсом через те, що за межами полярних регіонів воно містить більше льоду, ніж будь-яка інша територія Землі.
У 2000–2024 роках активний шар вічної мерзлоти тут у середньому поглиблювався на 3,2 сантиметра щороку. Це приблизно вчетверо більше за середній показник для районів суцільної вічної мерзлоти Арктики. Нагір’я швидко нагрівається, а його територією проходять важливі інфраструктурні об’єкти, збудовані у складних гірських умовах.
Загроза для інфраструктури та клімату
Відтавання мерзлоти має цілком практичні наслідки. На стабільність замерзлого ґрунту розраховані дороги, залізниці, аеропорти, трубопроводи та будівлі на півночі Аляски, Канади, Сибіру й Тибетського нагір’я.
Коли земля втрачає міцність, фундаменти зміщуються, дорожнє покриття деформується, а інженерні споруди потребують дорогого ремонту або навіть демонтажу. Деякі громади на півночі Аляски вже змушені розглядати можливість переселення через руйнування берегових ліній і просідання ґрунту під житловими будинками.
За словами провідного автора дослідження, професора географії Університету Джорджа Вашингтона Дмитра Стрелецького, вічна мерзлота є одним із найважливіших індикаторів кліматичних змін, оскільки безпосередньо реагує на підвищення температури. Значення нової роботи полягає в тому, що вона дає змогу оцінювати не окремі проблемні ділянки, а глобальну тенденцію.
Анна Клене також наголошує, що поступові зміни важко помітити в повсякденному житті. Зміщення дат перших заморозків або випадіння снігу на день-два за десятиліття здається незначним. Проте довгострокові спостереження показують, що такі зміни накопичуються і зрештою впливають на всю систему.
Окреме питання — скільки вуглекислого газу та метану вивільниться внаслідок подальшого відтавання. Масштаби цих викидів залишаються однією з найбільших невизначеностей сучасної кліматичної науки.
Результати дослідження опубліковано в журналі Communications: Earth and Environment.
