Onderzoek naar onbekende ondergrondse permafrostdooi

De opwarming van het klimaat heeft vele gevolgen. Een daarvan is de ontdooiing van permafrost. De kans is groot dat met het ontdooien van permafrost in gebieden als Canada, Alaska en Siberië broeikasgassen vrijkomen zoals CO2 en methaan. Aardwetenschapper Jorien Vonk aan de VU in Amsterdam onderzoekt een van de varianten van permafrost-ontdooiing: abrupte, ondergrondse dooi.

Het Arctisch gebied warmt sneller op dan elders op aarde, wat zorgt voor het dooien van permafrost. Deze dooi kan zich op twee manieren manifesteren; geleidelijk of abrupt. Geleidelijke dooi vindt plaats van bovenaf, via de opdooilaag, de bovenste laag bodem die elke zomer ontdooit. Door hogere temperaturen ontdooit de opdooilaag gemiddeld elke zomer iets dieper. De laatste decennia is de andere, meer abruptere dooi variant echter steeds duidelijker zichtbaar. Deze variant vindt plaats in gebieden waar veel ijs in de grond zit, soms tot wel 80% van het bodemvolume. Als de permafrost hier dooit, smelt ook dit ijs, en zakt de bodem en daarmee het landschap in elkaar. De deels ontdooide sedimenten en het organisch materiaal sijpelen via het grondwater richting meren, rivieren en zee en daarbij komen broeikasgassen vrij.

Thawsome

Dankzij een beurs van de ERC (European Research Council) gaat Jorien Vonk de komende vijf jaar onder de naam Thawsome onderzoek doen naar deze abrupte dooi. “Van deze variant weten we het minste af”, vertelt Vonk. “Er wordt al jaren onderzoek gedaan naar ontdooiing van de permafrost, veel in Alaska, maar ook in Canada en Siberië, maar niet zoveel naar deze abrupte variant. De schatting is echter dat circa 30% van het totale permafrost gebied gevoelig is voor dit soort abrupte dooi, omdat op deze plekken heel veel ijs in de grond zit.”

Klimaatmodellen

Satelliet- en helikopterbeelden laten zien dat deze variant voor grote gaten in het landschap zorgt. “Het lijkt wel alsof er enorme ‘bouwputten’ liggen in het land, maar het is ontstaan door de ineenzakkende, ontdooide diepe bodem. Mijn onderzoek is er niet op gericht om hiervoor een oplossing te vinden, maar om gegevens te verzamelen zodat we beter kunnen inschatten wat het effect is, en hoeveel broeikasgassen er vrijkomen. Dit alles ten behoeve van de klimaatmodellen die klimaatwetenschappers gebruiken.”
En dat is hard nodig, want het effect van permafrostdooi is in de huidige IPCC-modellen nog niet meegenomen, zegt Vonk. “De wetenschappers die wereldwijd onderzoek doen naar permafrostdooi, schatten in dat dit in het jaar 2100 een kwart van alle broeikasgasuitstoot zou kunnen bedragen. Het zal niet binnen enkele decennia ontdooien, want in sommige gebieden is de bodem tot een kilometer diepte bevroren. Maar als dit proces eenmaal in gang is gezet, zal het heel moeilijk te stoppen zijn.”

Team

Daar waar Vonk in het verleden alleen onderzoek heeft gedaan naar permafrostdooi, heeft ze dankzij de ERC-beurs een team kunnen opzetten. “Ik heb momenteel twee onderzoekers in mijn team, en per 1 mei komt er nog een derde bij. Daardoor kunnen we op meerdere plekken gericht monsters nemen en kunnen we zowel bodem- als rivier- en kustonderzoek doen. Een deel van de groep gaat naar Herschel Island voor de Arctische kust van Canada, op de grens met Alaska. Daar ontdooit de permafrost al meerdere jaren erg snel en verdwijnt de bodem in zee. Wij gaan bekijken hoeveel van het organisch materiaal uit de dooiende permafrost op de zeebodem wordt afgezet en daar blijft liggen. Ook willen we weten welk deel van het organisch materiaal actief wordt afgebroken op weg naar de zeebodem door bijvoorbeeld bacteriën, waarbij broeikasgassen kunnen vrijkomen.”

Oost-Siberië

Het tweede deel van de groep gaat deze zomer naar het binnenland van Canada, naar het Peel Plateau ten westen van de Mackenzie rivierdelta. “Hier vindt de laatste jaren regelmatig abrupte dooi plaats. Op deze manier komen we dit jaar veel te weten over dit deel van de aarde. Volgend jaar zomer gaan we naar Cherskii in Oost-Siberië. Dat ligt aan de Kolyma-rivier, niet ver van de noordelijke Oost-Siberische Zee. In deze regio heb ik een aantal jaren geleden al regelmatig onderzoek gedaan, zowel op zee als op land. De monsters die we destijds op zee verzameld hebben, heb ik nog niet allemaal kunnen analyseren. In dit onderzoek willen we deze zeemonsters nu koppelen met monsters die we op land nemen. Hiermee hopen we te zien wat er bij abrupte dooi vrijkomt en wat daarvan op de zeebodem belandt.”

Met het onderzoek hoopt Vonk een belangrijke nuance te kunnen aanbrengen in de meningen over permafrostdooi. “We weten eigenlijk nog te weinig over permafrostdooi. Het varieert van: ‘het kan helemaal uit de hand gaan lopen’ tot ‘het is redelijk te overzien’. En dan is het belangrijk om nuance in de discussie aan te brengen aan de hand van metingen en onderzoek.”

ERC

Het onderzoek van Jorien Vonk krijgt van de European Research Council (ERC) subsidie. ERC bestaat dit jaar 10 jaar, waarin 600 toponderzoekers in Nederland een totaalsubsidie van € 1 miljard hebben ontvangen.
De ERC, opgericht door de Europese Unie, versterkt ‘grensverleggend wetenschappelijk onderzoek’ binnen het Europees onderzoeksprogramma Horizon2020. Dit doet de ERC door de allerbeste wetenschappers te ondersteunen met persoonlijke subsidies voor fundamenteel onderzoek. De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO.nl) helpt als National Contact Point (NCP) voor ERC onderzoekers en bij vragen over de ERC onderzoeksbeurzen. Zie hier meer informatie.