El Deshielo del Permafrost y su Monitorización: Criosoles (Gelisoles) en peligro de extinción por el calentamiento climático

Ya hemos hablado en varios post anteriores (ver relación abajo) del permafrost, así como de las repercusiones que sobre estos suelos (Criosoles de la WRB y Gelisoles de la USDA Soil Taxonomy) tiene el calentamiento climático. Al aumentar la temperatura de la atmósfera, la capa de hielo va fundiéndose poco a poco de arriba abajo del perfil edáfico. Debido a que estos suelos, como también las turberas (Histosoles) con las que suelen cohabitar, son muy ricos en materia orgánica, al descomponerse liberan ingénites cantidades de dióxido de carbono y metano a la atmósfera, realimentado positivamente el ascenso de la temperatura de, aire y así sucesivamente. La investigación de la que os hablaremos hoy muestra dos hechos dignos de ser comentados. El primero concierne a que la geoquímica del agua y del material que se deshiela en superficie durante el verano (proceso intrínseco a su ciclo natural). El segundo se refiere a que alberga la fusión del hielo (y materiales viejos que engloba) antiguo, que es la que realmente preocupa. Pues bien, la reactividad y firma geoquímica de ambos procesos resultan ser bastante diferentes. En base a estos datos, los autores de la investigación dicen haber probado que tal firma es detectada también en las aguas de los cauces fluviales circundantes, proponiendo que la monitorización de las últimas podría servir para valorar y  predecir la tasa de deshielo que se viene produciendo en las últimas décadas.

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Capa activa de los permafrost. Fuente: Permafrost and forest nps.gov

 

Como anticipamos en la primera línea de este post, ya hemos hablado del permafrost y los sueltos helados en diversas ocasiones. Sin ser exhaustivos, recomendamos a los lectores interesados las siguientes contribuciones.

Suelos y Vegetación de la Región Biogeográfica Ártica de Europa (Bioma Tundra)

EL Secuestro de Carbono en los Suelos Árticos. Una Bomba de Relojería para el Calentamiento Climático

Concepto de Permafrost y Suelos Helados. ¿Cual es la Diferencia?

Suelos Helados y Crioturbación: Criosoles o Gelisoles

Geografía del Permafrost y Criosoles. Un Mundo de Suelos Helados y el Cambio Climático

Suelos De las Regiones Circumboreales: Mapas de Distribución geográfica

La Tundra (Bioma Tundra)

Antes de empezar, debemos haceros ver que algunos otros estudios alegan que no han encontrado síntomas de deshielo del permafrost, a pesar del calentamiento climático. Posiblemente, debido a que los Criosoles se esparcen por regiones muy extensas, especialmente en el hemisferio norte, las alteraciones regionales de temperatura sean ostensiblemente dispares, dando lugar a este tipo de cortacircuitos científicos. Es decir, que se puede detectar deshielo o no según el área estudiada. Tal hecho dificulta la obtención de predicciones fidedignas.

Los Criosoles, tienen a ser continuos (lógicamente) conforme nos acercamos a los polos, perdiendo extensión y apareciendo de forma parcheada entre suelos no helados al bajar en latitud. Del mismo modo, sus pequeños enclaves (también a modo de parches) en las cimas de las grandes cadenas montañosas, desaparecerán de persistir y acentuarse el calentamiento climático. De hecho en muchos casos tal proceso ya ha acaecido. En estos dos últimos casos, como los propios glaciares de montaña, son edafotaxa en riesgos de extinción regional.

El ciclo natural de un Crisosol incluye el deshielo en verano de la parte superior del perfil del suelo, y su lógico retorno a congelarse al comenzar la estación fría. La capa que se deshiela usualmente (a veces la porción más superficial tan solo se congela eventualmente, que no de forma estacional) es denominada zona activa. Conforme aumenten las temperaturas (según los modelos climáticos actuales) la capa activa debe ir aumentando en espesor a costa de la helada. Del mismo modo, si en los centímetros superficiales, el agua líquida no se transforma en hielo (solo acaece a mayor profundidad), a excepción de algunos días con temperaturas excepcionalmente bajas, el cambio climático predicho incidirá en un incremento de su espesor.

peramfrost, deshielo, calentamiento climático suelos helados y capa activa. Conforme se calienta la atmósfera incrementa el espesos de la capa activa en detrimento de la helada. Fuente: Natutal Resources Canadá 

Capa activa de los permafrost. Fuente: Capa activa de los permafrost. Fuente: Natural Resources Canada

Los investigadores que firmen este estudio, afirman que los materiales incluidos en las capas de hielo antiguo que va fusionándose por primera vez tras decenas de miles de años, son mucho más reactivos que los que lo hacen anualmente, por lo que la química de las aguas cambia más o menos de forma abrupta. Debe entenderse que tales modificaciones son producidas por la composición de los materiales que contienen en su interior, más que por el propio elemento líquido. No entraré a explicaros los elementos químicos e isótopos que utilizan los autores con vistas a caracterizar la aludida firma geoquímica, por cuanto entiendo que los interesados en estos detalles deben leer, más o menos bien en suahili.

Tras detectar estos cambios, constaron que tal firma se mantiene en el agua de los arroyos y manantiales,  por lo que monitorizando estos, se puede hacer una “idea regional” de la velocidad del deshielo. Debemos aplaudir a los autores, por cuanto explicitan claramente que su metodología padece de severas limitaciones, al contrario que la mayor parte de los proponentes de otras, que las ocultan con todo el descaro. Efectivamente, por un lado, la monitorización de lugares concretos tan solo da una idea del “promedio” de lo que ocurre en los suelos de la cuenca drenada, por lo que no aporta, ni información regional o de carácter muy local. Por ello recomiendan utilizar estos procedimientos en combinación con otros. Los edafólogos podemos muy bien observar los cambios de la capa activa sin tener que atender a más o menos laboriosas técnicas de laboratorio. En cualquier caso, se trata de una nueva propuesta digna de ser tenida en cuenta.

Juan José Ibáñez        

 

Stream Water Study Detects Thawing Permafrost

ScienceDaily (May 6, 2010) — Among the worrisome environmental effects of global warming is the thawing of Arctic permafrost — soil that normally remains at or below the freezing point for at least a two-year period and often much longer. Monitoring changes in permafrost is difficult with current methods, but a study by University of Michigan researchers offers a new approach to assessing the extent of the problem.

The new study approach, which relies on chemical tracers in stream water, is described in the journal Chemical Geology. Overlying permafrost is a thin “active layer” that thaws every summer, and increases in the thickness of this layer over the years indicate thawing of permafrost. Both physical measurements and modeling suggest that active layer thickness has increased in some areas over the 20th century and that if present warming trends continue, increases of up to 40 percent could occur by the end of the 21st century.

Although the full effects of thawing are yet to be determined, coastal erosion and damage to the roads, buildings and pipelines that have been built on permafrost are likely outcomes. In addition, thawing permafrost may release the greenhouse gases carbon dioxide and methane into the atmosphere, triggering further warming and more permafrost thawing.

Currently, the main method for determining thaw depth is with a graduated steel probe. “You stick it in the ground and see when it hits frozen material,” said geochemist Joel Blum, who with ecologist George Kling and former graduate student Katy Keller undertook the new study.

We were studying the chemistry of soils in the area around Toolik Field Station in northern Alaska, and we found that once we got below the thickness that typically would thaw during summer, the soil chemistry changed dramatically,” said Blum, who is the John D. MacArthur Professor of Geological Sciences. “Material that has not thawed since it was deposited by glaciers 10,000 to 20,000 years ago is now beginning to thaw, and when it does, it reacts strongly with water, which it’s encountering for the first time. This soil is much more reactive than soils higher up that interact with soil water every summer.”

In particular, the amount of calcium, relative to sodium and barium, is higher in the newly-thawed permafrost, and the ratio of the strontium isotope 87Sr to its counterpart 86Sr is lower. The researchers wondered if these chemical signatures of increasing thaw depth could be seen in local stream water.

Kling, who is the Robert G. Wetzel Collegiate Professor of Ecology and Evolutionary Biology, has conducted research at Toolik Lake for many years and obtained stream water samples that had been collected over an 11-year period.

When the samples were analyzed, “we saw really significant changes from year to year that were consistent with what you would predict from increasing thaw depth,” Kling said.

Although the method can’t reveal precisely how much permafrost thawing is occurring in particular localities, it still can be a useful adjunct to current methods, Blum said. “We’d love to be able to say that we see an increase in thickness of, say, 1 centimeter over the entire watershed, but we simply can’t say where in the watershed thawing is occurring. Nevertheless, we think it’s important to monitor streams in Arctic regions to keep track of these kinds of changes and follow the rate of change.”

The research was funded by the National Science Foundation and the Geological Society of America.

Story Source: Adapted from materials provided by University of Michigan.

Journal Reference: Katy Keller, Joel D. Blum, George W. Kling. Stream geochemistry as an indicator of increasing permafrost thaw depth in an arctic watershed. Chemical Geology, 2010; 273 (1-2): 76 DOI: 10.1016/j.chemgeo.2010.02.013

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