Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте представили детальную модель последствий таяния вечной мерзлоты в Арктике. Группа ученых под руководством геофизика Майкла Роулинза проанализировала данные за сорок четыре года, сосредоточив внимание на северном склоне Аляски. Территория исследования сопоставима по площади со штатом Висконсин и включает сотни рек, впадающих в море Бофорта. Построенная модель разрешением один квадратный километр показала масштабное увеличение речного стока и рост объемов древнего углерода, попадающего в водные артерии северной Аляски. Результаты работы, опубликованные в журнале «Global Biogeochemical Cycles», помогают прояснить динамику изменений в одном из самых быстро нагревающихся регионов планеты.

Арктические реки играют ключевую роль в глобальной экосистеме. Они поставляют одиннадцать процентов мирового речного стока в Северный Ледовитый океан, объем которого составляет лишь один процент от объема всего Мирового океана. Такая диспропорция делает регион крайне чувствительным к любым изменениям состава и объема пресных вод. Значительная часть водотока формируется за счет таяния снега, однако деградация мерзлоты оказывает все более существенное влияние на этот процесс.

Верхний горизонт вечной мерзлоты, так называемый сезонно-талый слой, подвержен ежегодным циклам замерзания и оттаивания. На фоне общего потепления климата глубина этого слоя в последние десятилетия увеличивается, что приводит к пропорциональному росту объемов грунтовых вод, поступающих в арктические реки. Одновременно этот слой содержит огромные запасы замороженного органического углерода. При более глубоком протаивании почвы органический углерод в растворенном виде вымывается в реки, а затем попадает в океан. Северный Ледовитый океан получает непропорционально большую долю такого углерода по сравнению с другими океанами. Ежегодно более двухсот семидесяти пяти миллионов тонн этого вещества высвобождается в атмосферу в виде углекислого газа, что усиливает парниковый эффект и ускоряет дальнейшее потепление.

Прямые наблюдения на севере Аляски крайне редки из-за труднодоступности территории, поэтому для оценки ситуации применяются методы компьютерного моделирования. Майкл Роулинз потратил четверть века на разработку модели водного баланса вечной мерзлоты. Инструмент учитывает множество параметров, включая накопление и таяние снега, а также динамику сезонно-талого слоя. В отличие от традиционных расчетов, которые проводятся по сетке с шагом в двадцать пять километров, новое исследование впервые охватило обширную территорию с детализацией до одного километра за период с 1980 по 2023 год. Обработка такого массива данных для каждого запуска модели требовала десяти дней непрерывной работы суперкомпьютера.

Моделирование выявило региональные особенности процесса. Наибольший рост выбросов растворенного органического углерода зафиксирован на северо-западе Аляски. Более плоский рельеф этой территории способствует накоплению органики, которая сохранялась в мерзлоте десятки тысяч лет. В восточной части штата преобладает гористый ландшафт с каменистыми и песчаными почвами, поэтому там при таянии высвобождается значительно меньше углерода. Кроме того, ученые зафиксировали существенное увеличение продолжительности сезона таяния мерзлоты – теперь этот период захватывает сентябрь и октябрь, что на несколько недель дольше показателей недавнего прошлого.

Происходящие процессы неизбежно влияют на соленость воды, биогеохимические циклы и пищевые цепи в прибрежных водах моря Бофорта. Понимание того, какой объем растворенного углерода попадает в океан через речную сеть, остается одним из наименее изученных аспектов глобального углеродного цикла. В дальнейшем исследователи планируют изучить, как таяние полигональных ледяных структур, широко распространенных в высоких широтах Арктики, меняет маршруты потоков воды и углерода в прибрежные зоны.