På jagt efter permafrostens hemmeligheder

Fire omfangsrige silhuetter kæmper sig op ad, skærmer sig selv mod den isnende antarktiske vind. Er det pingviner? Sæler? Nej. De er permafrostforskere – godt beskyttet mod kulden og belæsset med high-tech-udstyr.

På den måde tilbringer vi to måneder hvert år, før vi returnerer til vores varme, europæiske laboratorier for at analysere vores data. Hvad laver vi og hvorfor gør vi det?

Hvad er permafrost?

Når vinteren kommer og temperature falder, dannes der is på vandpytter eller små damme. Når temperaturen forbliver under 0 grader i lang nok tid, fryser jorden også. I nogle tilfælde kan jorden forblive frossen i mere end to år; dette kalder vi permafrost.

Dette sker selvfølgelig kun i ekstreme omgivelser: Permafrost findes mest omkring polerne og i høje bjerge (se figur 1). Men ikke desto mindre dækker permafrost 20 % af det kontinentale område på den nordlige halvkugle, hvor det er også blevet undersøgt mest.

I områder med permafrost kan der være pletter af jord, der forbliver ufrosne året rundt (talik). Dette er resultatet af lokalt pres, højt saltindhold eller grundvandsstrømning.

Dette betyder, at permafrosten kan være kontinuerlig geografisk og dække store områder, men den kan også være usammenhængende eller endda pletvis (se figur 1).

Afhængigt af omgivelserne kan dybden af permafrost variere meget: Den kan strække sig hundrede af meter ned i jorden eller kun være 3 meter dyb som for eksempel på Deception Island, som er en aktiv vulkan i Antarktis.

At finde permafrost

I teorien er det relativt nemt at finde permafrost: Man sætter bare et termometer ned i jorden og tager regelmæssige målinger over en periode på to år.

Men at få præcise og repræsentative data er mere kompliceret, fordi jordens mest overfladiske lag direkte er påvirket af solens stråler og vejret, så i modsætning til permafrosten nedenunder, tør det i de varme måneder.

Overfladelaget over permafrosten er kendt som ’det aktive lag’, og de gentagne fryse-tø-cyklusser kan resultere i, at det former ejendommelige små landskabsformer som mangekantede terræner, stencirkler og mønstret grund.

Disse landskabsformer kan derfor indikere tilstedeværelsen af permafrost i jorden. For at tjekke det borer vi og andre permafrostforskere borehuller og placerer temperatursensorer i dybder fra 50 centimer helt ned til 50 meter.

Efter mange år med dataindsamling kan vi fastslå om permafrost eksisterer i det område og hvad den termiske udvikling var: Hvordan jordtemperaturen skiftede gennem den overvågede periode i forskellige dybder.

Hvad kan vi lære af permafrosten?

Hvorfor vil vi og andre forskere vide, om jorden er frossen under overfladen?

Permafrost kan være vigtigt i dagligdagen, men kan også fortælle os om for- og fremtidens klima på Jorden; den kan endda lære os noget om andre planeter.

Ved at måle temperaturen nær overfladen kan vi se, om det aktive lager bliver tykkere eller tyndere, hvis permafrosten nedenunder tør.

Dette fortæller hvordan klimaet ændrer sig, fordi tykkelsen afhænger af ikke kun lufttemperaturen, men også af faktorer såsom snedække.

Ved at overvåge tykkelsen af det aktive lag forskellige steder på Jorden, kan vi undersøge hvilken indflydelsen den globale opvarmning har på jordtemperaturen.

Fortiden og fremtiden

Permafrost fortæller os ikke kun noget om vores nutidige klima, men kan også afsløre tidligere klima. Hvis et klippestykke varmes op i løbet af dagen, begynder det at køle ned den efterfølgende nat, men stykket vil dog forblive varmt i et stykke tid, specielt dybt inde i klippen, langt væk fra overfladen, hvor varmen forsvinder.

At måle temperaturer i forskellige dybder inde i klippestykket kan fortælle os noget om klippestykkets tidligere termiske forhold.

Vi kan gøre det samme i permafrost; jo dybere vi graver, jo længere rejser vi tilbage i tiden.

Jord og sten overfører dog varme i forskellig hastighed afhængigt af deres opbygning og struktur; dette kalder vi ’thermal conductivity’ (varmedledningsevne, red.).

Overfladetemperatur påvirker i dybden

Hvis vi kender varmeledningsevnen for jorden og stenene i permafrosten kan vi konvertere dybde til tid og på den måde rekonstruere klimaudviklingen gennem tidligere årtier eller århundreder.

For eksempel indikerer det at finde koldere sten under overfladen, at klimaet i den dybde (tid) var koldere end det er i dag.

I teorien kan disse udregninger også virke i ufrossen grund, men der påvirker den geotermiske gradient (varmen fra Jordens centrum) temperaturen.

I permafrost spiller overfladetemperaturen en langt vigtigere rolle.

Organisk materiale nedbrydes og hæver temperaturen

For nyligt har forskere opdaget, at ændringer i det aktive lag ikke kun indikerer klimaændringer, men også kan bidrage til det.

På den nordlige halvkugle indeholder permafrostjord store mængder frossent organisk materiale.

I takt med at den globale opvarmning er medvirkende til, at det aktive lag bliver tykkere, bliver det organiske materiale nedbrudt af mikroorganismer, og frigiver derved kuldioxid og metan – vigtige drivhusgasser – ud i atmosfæren og øger dermed hastigheden af den globale opvarmning.

Permafrost kan også have en direkte påvirkning på mennesker i områder, hvor huse, veje og togbaner er blevet bygget på permafrost.

Når permafrosten tør, falder jordmodstanden og bygningskonstruktioner kan kollapse.

Antarktis og Mars

Stigende globale temperaturer vil få dette til at ske oftere. Ved at finde permafrost under overfladen kan vi få ingeniører til at tage forebyggende metoder i brug for at styrke konstruktionerne eller helt at få dem til at lade være med at bygge dem ovenpå permafrost i det hele taget.

Som det sidste kan permafrost hjælpe os med at forstå dynamikken bag andre planeter, for eksempel Mars.

Mars har store masser af frossent vand, som laver permafrost (se billede fra Mars), så at studere permafrostens udvikling på Jorden kan hjælpe os til at forstå tidligere og nutidigt klima på Mars.

Fremtidige permanente baser på planeten kan måske endda bruge Mars’ permafrost som vandressource.

At studere permafrost i Antarktis

I mere end to artier har vores hold foretaget langsigtede permafrostundersøgelser forskellige steder på Livingston- og Deceptionøerne i området ved den antarktiske halvø.

Vi måler jordtemperaturen både nær overfladen og inde i borehullerne ned til 25 meters dybde.

Vi overvåger temperaturen i jorden, sammenligner det med luft- og overfladetemperaturer og undersøger de faktorer, der påvirker overfladetemperaturen: Fra vindhastighed til klippeegenskaber som varmeledningsevne, porøsitet og luftfugtighed.

Vi måler også tykkelsen af det aktive lag hvert år i den varme periode.

25 års overvågning

Nogle af borehullerne har været overvåget i helt op til 25 år; andre er blevet udboret i løbet af de sidste seks år.

Vi valgte den arktiske halvøs område, fordi:

1. Størstedelen af permafrostundersøgelser foregår på den nordlige halvkugle, så vi ville udvide de overvågede områder. På samme måde som vores kolleger, der arbejder i nord, bruger vi internationale regler til måling af det aktive lag og måling af temperaturer inde i borehuller, som er bestemt af International Permafrost Association (IPA).
   
2. Halvøen er et af de få isfrie områder i Antarktis – vigtigt fordi permafrosten er stabil, hvis der er is ovenover, og vi ville undersøge det aktive lag.
   
3. Det er tæt på den nordlige grænse for antarktisk permafrost, hvor jordtemperaturen er tæt på 0 grader og permafrosten derfor er mere følsom over for klimaændringer.

Flere undersøgelser i fremtiden

Hvad vil vores data så afsløre?

Hovedresultatet er, at selvom nogle områder, som tidligere var permafrost, nu er ufrosne året rundt, så er det meste af jorden på Livingston- og Deceptionøerne cirka lige så frossent som det var for 10 år siden – på trods af den globale opvarmning.

Disse lokale forskelle er bestemt af jordens og klippers egenskaber: Materialer med høj varmeledningsevne, for eksempel, optøs hurtigere.

Derfor forventer vi, at permafrost med lavere varmeledningsevne over de næste årtier også vil bukke under for den globale opvarmning.

Vi håber at kunne pakke os varmt ind og vende tilbage til Antarktis på fast basis for at finde flere svar.

Oversættelse: Julie M. Ingemansson