Lutut-mendalam di dalam lereng berlumpur runtuh Alaskan tundra, Elissa Schuett menunjuk pada sisa-sisa gua yang dia dapat berdiri di musim panas lalu. Hari ini, ia telah hilang, gobbled oleh maw gaping yang dikenali sebagai thermokarst yang terus bergerak ke luar sebagai tanah cepat tercair.
Kegagalan termokokar berlaku apabila lapisan permafrost-lapisan tanah beku di kawasan polar Bumi-mencairkan dan menjadi tidak stabil. Walaupun peristiwa itu berlaku secara semulajadi di seluruh Artik, ramai ahli sains mengesyaki bahawa peningkatan suhu di utara menyebabkan lebih banyak ciri-ciri ini terbentuk. Dengan membandingkan gambar-gambar udara dari tahun 1985 dengan gambar terbaru, "Kami sekarang boleh mengatakan dengan beberapa jaminan ... bahawa di beberapa lokasi terdapat antara dua dan lima kali lebih banyak ciri-ciri ini sekarang daripada pada awal 1980-an, " kata William Bowden, ahli ekologi akuatik di Universiti Vermont.
Itulah sebabnya Bowden, pembantunya penyelidikan Schuett, dan lain-lain di Stesen Alatik Field, Universiti Alaska, Fairbanks, kemudahan penyelidikan 150 batu di utara Bulatan Artik di utara Alaska, sedang mengkaji kesan thermokarsts terhadap alam sekitar. Kerja mereka sesuai dengan tradisi penyelidikan perubahan iklim di Toolik, yang, sejak penubuhannya pada tahun 1975, telah menyediakan makmal murni untuk mengkaji bagaimana dunia yang hangat akan mengubah tanah dan saluran air dari Artik.
Memahami perubahan iklim dan alam sekitar, menurut Norman Marcotte dari Sains Asli dan Penyelidikan Kejuruteraan Majlis, adalah "isu terbakar" dalam penyelidikan Artik di peringkat antarabangsa. Stesen penyelidikan seperti Toolik adalah kunci dalam menangkap data jangka panjang dan meneroka isu-isu di lapangan, katanya melalui e-mel, dan Kanada mempunyai rancangan untuk membangunkan stesen penyelidikan Arktik dengan banyak elemen yang sama seperti Toolik.
Walaupun banyak penyelidikan Artik telah menumpukan perhatian kepada alam sekitar, "Pada Toolik kita dapat lebih mendalam" dan "mengkaji apa yang sebenarnya mengawal semua proses ini, " kata pengasas bersama Toolik John Hobbie, seorang sarjana senior di Ecosystems Pusat Makmal Biologi Marin di Woods Hole, Massachusetts.
Ia juga "satu-satunya tempat di Amerika Utara di mana kita dapat melihat atau melihat pandangan bagaimana perubahan iklim dapat mempengaruhi ekosistem, " tambahnya.
Dan dalam banyak cara, perubahan iklim telah mula membentuk semula tanah yang rapuh dan lemah ini. Antara tahun 1966 dan 1995, suhu Arctic meningkat sebanyak .7 darjah Celsius setiap dekad, satu trend yang meletakkan "utara Alaska di kerusi panas, " kata Syndonia Bret-Harte, pengarah sains Associate Toolik. Semenanjung Arctic lebih hangat daripada bahkan kawasan tropika di dunia: Musim semi tiba lebih awal, gugur di kemudian hari, dan suhu permafrost di banyak kawasan, termasuk Toolik, berliku-liku dekat dengan titik serpihan Celcius sifar darjah. Itulah apabila tanah beku yang memberikan tundra tulang belakangnya boleh runtuh.
Termokarst baru di Alaska juga boleh menunjukkan bagaimana pemanasan boleh mengubah sungai atau tasik, kerana ciri-ciri ini sering berlaku berhampiran air. Apabila thermokarst ditemui pada tahun 2003 berhampiran Sungai Toolik, Bowden dan rakannya mendapati ia telah melepaskan banyak sedimen ke dalam sungai sehingga air menjadi lumpur 40 kilometer ke hilir. Beliau dan rakan-rakannya juga melaporkan pada bulan Jun 2008 dalam Journal of Geophysical Researchthat ammonium, nitrat, dan fosforus yang dipancarkan dari keruntuhan itu akan dari masa ke masa "secara signifikan mengubah struktur dan fungsi sungai."
Bagi Bowden dan penyelidik Toolik lain, pemerhatian seperti itu biasa. Antara tahun 1983 dan 2004, mereka melihat bagaimana fosforus secara drastik dapat menyusun semula sungai dalam percubaan yang dilakukan di Sungai Kuparuk berhampiran Alatik- "lembangan sungai terbaik yang dikaji di seluruh Artik, " menurut Hobbie. Dalam eksperimen itu, para saintis menambah sedikit fosforus, nutrien biasa dalam baja dan pencemaran perumahan dan perindustrian, ke sungai setiap musim panas. Selepas lapan tahun, lumut berkembang di sungai, semakin banyak spesies tumbuhan lain dan mencetuskan pertumbuhan serangga jenis tertentu. Produktiviti keseluruhan di dalam sungai melambung. Siasatan ini mungkin meramalkan apa yang berlaku apabila permafrost mencair dan nutrien dibebaskan ke udara dan air.
Di darat, penyelidik Toolik juga telah menambah baja ke pelbagai jenis tundra. Dalam eksperimen yang beroperasi sejak tahun 1989, ahli sains senior Ecosystems Center, Gaius Shaver telah mendapati bahawa pada tussock tundra, sesetengah pokok renek, seperti kerdil kerdil, boleh memanfaatkan kemasukan nitrogen dan fosforus dengan meningkatkan kelimpahan dan mengurangkan kepelbagaian spesies. Ahli sains alatik juga menumpukan perhatian kepada mengapa Artik kelihatan menghiasi, kata Bret-Harte. Ia mungkin disebabkan oleh pokok-pokok yang lebih banyak: Sekitar 12, 000 tahun yang lalu apabila iklimnya lebih panas, pokok renek mendominasi landskap, katanya.
Walaupun pergeseran kutub ini mungkin kelihatan terpencil dari seluruh dunia, Arctic yang mencair dapat mempercepat perubahan iklim. Bret-Harte menunjukkan bahawa tanah-tanah Arktik-termasuk hutan boreal-memegang hampir 40 peratus daripada karbon tanah dunia, tetapi hanya membentuk satu-keenam kawasan tanah Bumi. Jika karbon terkunci di dalam tanah dilepaskan oleh permafrost lebur, dia berkata, ia boleh lebih daripada dua kali ganda kepekatan karbon dioksida, gas rumah hijau utama, dalam alam sekitar.
Bowden dari University of Vermont percaya ada "bukti kukuh" bahawa karbon dan metana terperangkap boleh dibebaskan semasa peristiwa termokarst dan menyumbang kepada pemanasan. Dia mencari dana untuk menyiasat bagaimana thermokarsts akan mempengaruhi ekosistem Arktik secara keseluruhan. Contohnya, thermokarst yang menyebabkan lonjakan sedimen di dalam perairan boleh menelan tumbuhan, menyumbat insang ikan, dan akhirnya melepaskan kesan sedemikian sehingga web makanan.
"Ia bukan cerita seram-tidak seperti ini bukan proses semula jadi, " Bowden memperingatkan. "Tetapi saya fikir ada bukti kukuh bahawa pengaruh [manusia] yang jauh dari Artik mempunyai kesan sekunder ini ... yang akan menjadi sangat penting dalam menstrukturkan cara landskap Artik kelihatan dan berkelakuan di masa depan."
