เป็นเวลานานนับพันปีที่ “ชั้นดินเยือกแข็งคงตัว” (Permafrost) ในแถบอาร์กติกทำหน้าที่แช่แข็งเศษซากอินทรีย์และกักเก็บก๊าซเรือนกระจกไม่ให้หลุดรอดสู่ชั้นบรรยากาศ แต่ผลการศึกษาล่าสุดชี้ให้เห็นว่าชั้นดินเยือกแข็งคงตัวกำลังละลายลงในอัตราที่เร่งตัวขึ้นอย่างน่าตกใจ ซึ่งส่งผลให้ภูมิภาคที่เคยทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอนที่สำคัญของโลกกลายเป็นแหล่งปล่อยก๊าซเรือนกระจกรายใหญ่เสียเอง
ชั้นดินเยือกแข็งคงตัวครอบคลุมพื้นที่ 25% ของซีกโลกเหนือ และเป็นแหล่งสะสมคาร์บอนในดินมากถึง 1.7 ล้านล้านตัน ซึ่งคิดเป็นเกือบสามเท่าของปริมาณคาร์บอนที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศปัจจุบัน
ชั้นดินเยือกแข็งคงตัวปล่อยคาร์บอน
ภาวะโลกร้อนทำให้อุณหภูมิในแถบอาร์กติกที่พุ่งสูงขึ้นเร็วกว่าพื้นที่ส่วนอื่น ๆ ของโลกถึงสี่เท่า การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่รุนแรงนี้กำลังทำให้ “ชั้นดินเคลื่อนที่” (Active layer) ซึ่งเป็นชั้นบนสุดที่ละลายและแข็งตัวสลับกันในแต่ละปี เริ่มขยายตัวลึกลงไปในดินมากขึ้น
เมื่อชั้นดินนี้หนาขึ้น น้ำใต้ดินจะสามารถไหลผ่านชั้นดินที่เคยแข็งตัวได้สะดวกขึ้น ส่งผลให้แม่น้ำในอาร์กติกกลายเป็นช่องทางหลักในการพัดพาคาร์บอนโบราณเข้าสู่มหาสมุทร โดยงานวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ แอมเฮิร์สต์ พบว่าปริมาณน้ำที่ไหลลงสู่ทะเลโบฟอร์ต ในอะแลสกาเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับเมื่อสี่ทศวรรษก่อน
ไมเคิล รอว์ลินส์ นักธรณีวิทยาผู้นำการวิจัยกล่าวถึงความสำคัญของเรื่องนี้ว่า “คาร์บอนบางส่วนถูกกักขังไว้เป็นเวลาหลายหมื่นปี บัดนี้มันละลายและเคลื่อนตัวเข้าสู่แม่น้ำ ไปจนถึงมหาสมุทร ซึ่งบางส่วนจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศ”
รอว์ลินส์เปรียบกระบวนการนี้ คล้ายกับการขุดเจาะเชื้อเพลิงฟอสซิลขึ้นมาใช้ แต่ต่างกันที่กระบวนการนี้เกิดขึ้นจากธรรมชาติ ไม่ใช่ฝีมือมนุษย
การวิจัยของรอว์ลินส์ยังพบว่า ในช่วง 44 ปีที่ผ่านมา ปริมาณคาร์บอนอินทรีย์ละลายน้ำ (DOC) ที่แม่น้ำในตอนเหนือของอะแลสกาพัดพาไปสู่มหาสมุทรเพิ่มขึ้นจาก 120 กิกะกรัม เป็น 170 กิกะกรัมต่อปี ปริมาณน้ำที่เพิ่มขึ้นนี้เพียงพอที่จะเติมสระว่ายน้ำโอลิมปิกได้มากกว่า 4.5 ล้านสระในแต่ละปี
อย่างไรก็ตาม รอว์ลินส์ยอมรับว่ายังมีข้อมูลในเรื่องนี้น้อยมาก “ปริมาณ DOC ที่ไหลไปสู่มหาสมุทรผ่านแม่น้ำและลำธารเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรคาร์บอนที่เรายังไม่รู้อีกมาก เราต้องการการศึกษาการเชื่อมต่อระหว่างผืนดินกับมหาสมุทรมากกว่านี้เพื่อรับมือกับปัญหาโลกร้อนอย่างเต็มที่”
นอกจากปริมาณคาร์บอนที่เพิ่มขึ้นแล้ว ฤดูกาลที่ชั้นดินละลายยังยาวนานขึ้นกว่าในอดีต โดยปัจจุบันกินเวลาไปถึงเดือนกันยายนและตุลาคม การเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลกระทบต่อทั้งความเค็มของน้ำ วัฏจักรสารอาหาร และห่วงโซ่อาหารในระบบนิเวศชายฝั่งอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
ขณะเดียวกัน การละลายของชั้นดินปล่อยก๊าซเรือนกระจกออกมา ซึ่งก๊าซเหล่านั้นจะไปทำให้อุณหภูมิโลกสูงขึ้น และย้อนกลับมาทำให้ชั้นดินละลายเร็วขึ้นไปอีก คาดการณ์ว่าในแต่ละปี คาร์บอนมากกว่า 275 ล้านตันจะถูกเปลี่ยนเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เมื่อถึงมหาสมุทร
จุลินทรีย์ย่อยสลายคาร์บอน
งานวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคโลราโดสเตต เปิดเผยข้อมูลที่น่าตกใจว่าจุลินทรีย์ในชั้นดินเยือกแข็งคงตัว สามารถย่อยสลายคาร์บอนได้มากกว่าที่นักวิทยาศาสตร์เคยคาดการณ์ไว้มาก โดยเฉพาะการล้มล้างความเชื่อเดิมที่ว่าสารประกอบโพลีฟีนอล (polyphenols) จะทำหน้าที่เหมือนล็อกที่ขัดขวางไม่ให้จุลินทรีย์เข้ามาย่อยสลายคาร์บอนในสภาวะที่มีออกซิเจนต่ำ
แต่ผลการศึกษาพบว่าเมื่อชั้นดินเยือกแข็งละลาย จุลินทรีย์เหล่านี้จะตื่นขึ้นและเริ่มบริโภคคาร์บอนผ่านกระบวนการหายใจ (microbial respiration) แล้วปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งอาจทำให้แบบจำลองสภาพภูมิอากาศในปัจจุบันประเมินภัยคุกคามต่ำเกินไป
บริดเจ็ต แมคกิเวอร์น นักวิจัยหลังปริญญาเอกของ CSU และผู้นำการวิจัย อธิบายพฤติกรรมของจุลินทรีย์เหล่านี้โดยใช้การเปรียบเทียบกับอาหารว่า เดิมทีนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าจุลินทรีย์จะกินเฉพาะคาร์บอนที่ย่อยง่ายเหมือนโดนัท พิซซ่า หรือมันฝรั่งทอด และมองว่าโพลีฟีนอลเป็นอาหารรสเผ็ด ที่พวกมันจะไม่แตะต้องเลย
แต่จริง ๆ แล้วมีสิ่งมีชีวิตที่กำลังกินโพลีฟีนอลอยู่ โดยทีมวิจัยตรวจพบยีนที่มีกิจกรรมในเส้นทางการย่อยสลายโพลีฟีนอลที่แตกต่างกันถึง 58 รูปแบบในตัวอย่างดินจากอาร์กติก
นอกจากนี้ การค้นพบดังกล่าวยังส่งผลกระทบต่อ “ทฤษฎีกลอนเอนไซม์” (enzyme latch theory) ที่เคยเสนอให้มีการเติมโพลีฟีนอลลงในดินเพื่อกักเก็บคาร์บอนไว้ใต้ดิน เพราะเคลลี่ ไรท์ตันรองศาสตราจารย์จาก CSU และผู้เขียนอาวุโสของงานวิจัยระบุว่าแนวคิดนี้ใช้ไม่ได้ผลอีกต่อไป
“ไม่ใช่แค่เราเคยคิดว่าจุลินทรีย์เหล่านี้ไม่กินโพลีฟีนอล แต่เราเคยคิดว่าถ้ามีโพลีฟีนอลอยู่ มันจะทำหน้าที่เหมือนสารพิษที่ล็อกจุลินทรีย์ให้หยุดทำงาน” แต่ในความเป็นจริง การเติมสารดังกล่าวอาจกลายเป็นการเพิ่มเชื้อเพลิงให้จุลินทรีย์ทำงานได้รวดเร็วขึ้นแทน
โครงสร้างดินเปลี่ยนไป
อีกหนึ่งปัจจัยที่ทำให้การปล่อยก๊าซรวดเร็วขึ้น คือโครงสร้างของดินที่เปลี่ยนไป ผลการทดลองจากมหาวิทยาลัยลีดส์ พบว่าเมื่อชั้นดินเยือกแข็งเริ่มละลาย ดินจะมีความสามารถในการให้ก๊าซซึมผ่านได้เพิ่มขึ้นถึง 25-100 เท่า
พอล โกลฟเวอร์ Paul Glover ประธานสาขาธรณีฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยลีดส์ ให้ความเห็นว่า “การปล่อยคาร์บอนปริมาณมหาศาลที่ถูกกักเก็บไว้ในดินที่เคยเยือกแข็ง ถือเป็นอันตรายที่แท้จริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเรารู้ว่าภาวะโลกร้อนในอาร์กติกเกิดขึ้นเร็วกว่าที่อื่นสี่เท่า”
นอกจากก๊าซเรือนกระจกแล้ว การที่ดินมีความสามารถในการซึมผ่านสูงขึ้นยังเพิ่มความเสี่ยงเรื่องการรั่วไหลของก๊าซเรดอน ซึ่งเป็นก๊าซกัมมันตรังสีธรรมชาติที่ก่อให้เกิดโรคมะเร็งในชุมชนแถบอาร์กติกและกึ่งอาร์กติกอีกด้วย
ทุกวันนี้ แบบจำลองสภาพภูมิอากาศส่วนใหญ่อาจจะกำลังประเมินภัยคุกคามจากการละลายของอาร์กติกต่ำเกินไป เพราะการทำงานของจุลินทรีย์และกายภาพของดินที่เปลี่ยนไปนั้นซับซ้อนกว่าที่เคยคาดคิด
การที่อาร์กติกเปลี่ยนจากแหล่งกักเก็บคาร์บอนที่เงียบสงบ กลายเป็นแหล่งปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่ทรงพลัง ไม่ได้เป็นเพียงปัญหาระดับท้องถิ่น แต่เป็นวิกฤติระดับโลกที่ทุกภาคส่วนต้องเร่งทำความเข้าใจและหาทางรับมือก่อนที่วงจรป้อนกลับนี้จะเกินการควบคุม อาศัยข้อมูลจากแหล่งที่มาที่จัดเตรียมไว้ให้ ข้อมูลนี้ช่วยยืนยันถึงความรุนแรงของสถานการณ์ในปัจจุบันได้เป็นอย่างดี
ที่มา: Earth, Futura Sciences, Science Daily, Scientific American, Scitech Daily