Ontdooiend permafrost versterkt opwarming

Grote delen van de bodem in Siberië, Scandinavië en Canada zijn permanent bevroren. Deze permafrost ontdooit steeds meer door de opwarming van de aarde. Hierbij komen broeikasgassen vrij die voor extra opwarming zorgen. Die extra opwarming zorgt weer voor extra dooi, extra broeikasgassen en extra opwarming. Het is nog niet duidelijk of dit zelfversterkende effect op zo'n grote schaal kan gaan optreden dat een kantelpunt wordt bereikt. Hiermee wordt bedoeld dat de dooi van permafrost op grote schaal plots versnelt met een snellere wereldwijde opwarming als gevolg. De kans hierop is waarschijnlijk klein.

We spreken van permafrost als de grond tenminste twee jaar achter elkaar bevroren is. De landoppervlakte met permafrost is ongeveer 350 keer de oppervlakte van Nederland (14 miljoen vierkante kilometer), onder de poolzee 30 keer Nederland (2,5 miljoen vierkante kilometer). De permafrost kan tientallen tot honderden meters dik zijn. Alleen de bovenste decimeters tot anderhalve meter ontdooit in de korte zomer.

In de permafrost zitten planten- en dierenresten ingevroren, op veel plekken vergezeld met grote hoeveelheden ijs. Als de permafrost ontdooit gaan deze resten ontbinden en komt er koolstofdioxide vrij, een broeikasgas dat ook vrijkomt bij de verbranding van fossiele brandstoffen. Naar schatting zit er in de bovenste drie meter van de permafrost 1,5 keer zoveel koolstof als de totale hoeveelheid koolstof die nu als koolstofdioxide in de lucht zit. Naast koolstofdioxide komen er afhankelijk van de lokale omstandigheden ook andere broeikasgassen vrij als methaan en lachgas.  

Hoe snel de permafrost ontdooit hangt af van de temperatuur en dus onder andere van hoeveel broeikasgassen de mens nog gaat uitstoten. Het noordpoolgebied warmt sneller op dan het wereldgemiddelde, in de laatste 40 jaar zelfs vier keer zo snel. Maar niet alleen de temperatuur is bepalend. Andere lokale omstandigheden spelen een grote rol. Type begroeiing, wel of geen sneeuwdek, wel of geen water op en in de grond bepalen bijvoorbeeld sterk de hoeveelheid zonlicht die wordt opgenomen in de zomer en de hoeveelheid warmte die de bodem weer verliest in de winter. Bosbranden komen vaker voor als het warmer en droger wordt, en waar bossen verdwijnen versnelt de dooi. Tenslotte speelt de vorm van het landschap een grote rol.  

Waar veel ijs in de bodem zit, verzakt de bodem als het ijs smelt. Er vormen zich smeltwatermeren en geulen. Dit versnelt de smelt doordat grotere oppervlaktes bevroren grond wordt blootgesteld aan de lucht en water. Eenmaal begonnen, breiden smeltkraters zich vanzelf uit in die gebieden waar veel ijs in de bodem zit (blauwe gebieden in afbeelding 1). Een bekend voorbeeld is de uitdijende Batagaika krater in Siberië met inmiddels een lengte van een kilometer en een diepte van 50 meter in een verder vrij vlak landschap. Afhankelijk van lokale omstandigheden komen er dus kantelpunten voor in de dooi van permafrost.

De veranderingen in het landschap en het verdwijnen van koolstof uit de bodem zijn onomkeerbaar. Ook gaat het dooien van de permafrost nog tientallen jaren door, ook al stabiliseert de temperatuur.

Het effect van de extra broeikasgassen die vrijkomen uit de permafrost is waarschijnlijk niet zo groot dat de wereldwijde opwarming hierdoor voorbij een bepaald punt versnelt en uit zichzelf doorgaat. Klimaatmodellen laten dit gedrag niet zien en geven voor het jaar 2100 een relatief kleine wereldwijde extra opwarming van enkele tienden graden door de broeikasgassen uit ontdooide permafrost.