Luchtfoto van de tundra met smeltmeren in Siberië
©Andrei Stepanov

Ontdooiend permafrost versterkt opwarming

18 maart 2024

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.

Waar vind je permafrost? 

We spreken van permafrost als de grond tenminste twee jaar achter elkaar bevroren is. Afbeelding 1 laat zien dat permafrost met name in het noorden voorkomt. Niet alleen op het land, ook onder de poolzee. 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.

Hoeveel koolstof zit er opgeborgen in de permafrost? 

In de permafrost zitten planten- en dierenresten ingevroren, op veel plekken vergezeld met grote hoeveelheden ijs (blauwe gebieden in afbeelding 1). 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 ontdooit de permafrost? 

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 (afbeelding 2). Afhankelijk van lokale omstandigheden komen er dus kantelpunten voor in de dooi van permafrost. 

Kaart van het noordpoolgebied met in kleur de gebieden met permafrost
Afbeelding 1. In kleur de gebieden met permafrost, hoe donkerder de tint, hoe meer organisch materiaal er in de bodem zit. Blauwe tinten zijn permafrostgebieden met veel ijs in de grond, geel/bruin weinig ijs, paars permafrost op de zeebodem. Bron: global-tipping-points.org.
Luchtfoto van de Batagaika krater in Siberië
Afbeelding 2. De Batagaika krater in Siberië groeit met 30 meter per jaar door ontdooiend permafrost. De krater is een kilometer lang en 50 meter diep. ©Alexander Kizyakov.
Schema van de relatie tussen de opwarming van de aarde, het ontdooien van de permafrost en het vrijkomen van broeikasgassen die de opwarming versterken en de processen die daarbij een rol spelen
Afbeelding 3. Samenhang tussen de opwarming van de aarde en het versterken van de opwarming door het ontdooien van de permafrost. De factoren die daarbij een rol spelen zijn puntsgewijs aangegeven. Bron: Ko van Huissteden.

Hoeveel broeikasgas komt er vrij?   

Micro-organismen zetten een deel van de planten- en dierenresten om in broeikasgas. Niet alles wordt omgezet, een groot deel spoelt weg en wordt weer begraven in rivier-, meer- en zee-afzettingen. De snelheid van de omzetting hangt af van de temperatuur: hoe warmer de bodem, hoe meer broeikasgas er vrijkomt. Onder droge omstandigheden komt koolstofdioxide vrij; in moerassen, poelen en meren vooral methaan. De verhouding tussen beide is moeilijk in te schatten: die hangt sterk af van het landschap. Veel erosie levert meer koolstofdioxide op, weinig erosie met meer poelen en meren, levert meer methaan. 

Een deel van de vrijgekomen koolstofdioxide wordt ook weer opgenomen door extra plantengroei. Aan de andere kant nemen natuurbranden in aantal toe door toenemende droogte en warmte waardoor de koolstofdioxide alsnog vrijkomt.  

Zijn de veranderingen omkeerbaar? 

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. Daarbij moet wel gezegd worden dat in de huidige klimaatmodellen niet alle processen die een rol spelen goed kunnen worden meegenomen (afbeelding 3). Deze extra opwarming is waarschijnlijk een onderschatting en een kantelpunt in de wereldwijde opwarming is nog niet uit te sluiten. 

KNMI-klimaatbericht door Frank Selten 

Dit is het vijfde deel uit een serie klimaatberichten over kantelpunten in het klimaat. Eerder verschenen berichten over de Golfstroom, het Amazoneregenwoudijskappen op Groenland en Antarctica en het Arctisch zee-ijs

Recente nieuws- en klimaatberichten

  1. De hoofdmoot van de jaarneerslag

    Alle regen in een jaar opgeteld bedekt Nederland gemiddeld met een laag water van 85 centimeter. ...

    15 april 2024 - Klimaatbericht
  2. Onmisbare metingen op zee staan onder druk

    We gebruiken de Noordzee om te varen, te vissen en energie op te wekken. Maar wist je ook dat vee...

    10 april 2024 - Klimaatbericht
  3. Verdroging start steeds vroeger in het voorjaar

    Op 1 april start officieel het groeiseizoen. Vanaf die dag houdt het KNMI het neerslagtekort bij ...

    02 april 2024 - Klimaatbericht
  4. Maart was recordwarm maar wel somber

    Met een gemiddelde temperatuur van 9,0 °C tegen normaal 6,5 °C was het de zachtste maart sinds 19...

    29 maart 2024 - Nieuwsbericht
Toon alle nieuws- en klimaatberichten