Ученые Ок-Риджской национальной лаборатории решили разобраться с одной из самых больших неопределенностей относительно того, как богатая углеродом вечная мерзлота будет реагировать на постепенное опускание поверхности земли по мере повышения температуры. Используя высокопроизводительное компьютерное моделирование, исследовательская группа обнаружила, что оседание почвы вряд ли вызовет бурное оттаивание в будущем.

Этот постоянно замерзший ландшафт арктической тундры, в котором тысячи лет хранилось огромное количество углерода, подвергается риску оттаивания и выброса парниковых газов в атмосферу.

Межправительственная группа экспертов ООН по изменению климата назвала возможность проседания почвы, приводящего к возникновению обратной связи, которая может вызвать быстрое оттаивание, одной из основных проблем в ближайшие десятилетия. Ускоренное оттаивание, вызванное неравномерным оседанием почвы, наблюдалось в небольших масштабах в течение более коротких периодов времени, но в оценках МГЭИК нет уверенности в том, что может произойти в долгосрочной перспективе.

Именно здесь на помощь пришел ORNL со своим усовершенствованным наземным симулятором, или ATS, - высокоточной, основанной на физике моделью гидрологии региона, подпитываемой подробными реальными измерениями, чтобы помочь ученым понять эволюцию земли.

Они обнаружили, что, хотя земля будет продолжать опускаться по мере таяния больших залежей льда, неравномерное оседание также приводит к более сухому ландшафту и ограничивает ускорение процесса до конца столетия, как описано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Улучшение дренажа приводит к более сухому ландшафту в десятилетнем масштабе времени, а затем процесс становится самоограничивающимся", - сказал Скотт Пейнтер, возглавляющий группу моделирования систем водоразделов в ORNL.

Ученые сосредоточились на большом регионе тундры, характеризующемся ледяными клиньями - длинными кусками льда, которые раскалывают поверхность и уходят под землю, создавая многоугольные формы в арктическом ландшафте. Криогидрологическое моделирование было основано на результатах измерений, проведенных в полигональной тундре.

САР была впервые разработана для проекта Министерства энергетики NGEE Arctic под руководством ORNL, направленного на наблюдения, эксперименты и моделирование экологических процессов в регионе для улучшения прогнозов климата.

"Мы изучали микротопографию, вызванную этими ледяными клиньями в недрах, и то, как они управляют потоками воды", - сказал Пейнтер. "Наша работа - это первая возможность уловить эффект изменения микротопографии и представить его в климатических моделях".

Пейнтер добавил, что команда имеет высокую степень уверенности в модели, поскольку она была разработана для NGEE Arctic и была оценена с учетом реальных наблюдений проекта.

Он отметил, что большинство моделей, включая модель ORNL, сходятся в общем прогнозе большого количества таяния углерода в Арктике при повышении температуры. "Но здесь мы определили, что один из наиболее тревожных процессов, это беглое таяние из-за оседания, вряд ли произойдет в течение длительного периода времени".

В исследовании указываются и другие последствия высыхания ландшафта. "Поскольку полигональная тундра становится очень сухой, к 2100 году это может иметь экологические последствия для перелетных птиц, которые используют эти экосистемы в качестве мест размножения", - сказал Пейнтер.