Tytuł projektu: Perma-deszCz: wpływ opadów deszczu na uwalnianie węgla organicznego z permafrostu w Dalekiej Arktyce
(Rain-ImpaCt: the impact of rainwater on the organic carbon remobilisation from High-Arctic permafrost)

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki, konkurs Sonata Bis, nr projektu: 2025/58/E/ST10/00342

Okres realizacji (planowany): 01.10.2026 – 30.09.2030 r.

Permafrost, zwany także wieloletnią zmarzliną, jest światowym zbiornikiem węgla organicznego (~1700 mld ton), o wielkości dwukrotnie większej w stosunku do węgla w atmosferycznych gazach cierplarnianych. Zlewnie arktyczne są bardzo wrażliwe na nasilone zmiany klimatyczne, które w Arktyce przebiegają co najmniej 3-4-krotnie szybciej niż wynosi średnia dla globu. Mogą w nich zatem zachodzić nagłe procesy uwalniające i przemieszczające węgiel, w tym prowadzące do dodatkowych emisji ditlenku węgla czy metanu. Uwalnianie węgla z wieloletniej zmarzliny jest jednak procesem niedostatecznie poznanym i zrozumianym. Na przykład stwierdzane w wodach płynących podwyższone stężenia węgla organicznego w okresach letnich mogą pochodzić zarówno z uwalniania z wieloletniej zmarzliny, jak i z młodszych pokładów w glebie, starszych w skałach bitumicznych, a nawet z topniejącego śniegu czy z opadów deszczu.

Uwalnianie węgla z permafrostu może również zmienić się pod wpływem zmieniającej się ilości i jakości opadów deszczu w Arktyce, w szczególności w kontekście spodziewanych wyższych sum i intensywności opadów deszczu w Dalekiej Arktyce. Obecne badania rzadko włączają jednak analizę zawartości węgla organicznego i innych właściwości związanych z jakością wody opadowej do holistycznego zrozumienia, w jaki sposób nowy reżim opadowy w Arktyce wpłynie na transport węgla (w tym uwalnianego z permafrostu) wewnątrz zlewni i poza zlewnię. W projekcie Perma-DeszCz, kierujemy badania w kierunku lepszego wyjaśnienia wpływu trzech ważnych zjawisk na obieg węgla organicznego w arktycznej zlewni z wieloletnią zmarzliną:

1. natychmiastowy wpływ opadów deszczu z uwzględnieniem ich zasobów węgla względem węgla przez nie wypłukiwanego ze zlewni;
2. opóźnione uwalnianie węgla ze zlewni pod wpływem opadów deszczu, w perspektywie czasowej jednego sezonu hydrologicznego,
3. wpływ zjawiska „rain-on-snow”, czyli opadów deszczu w okresie z pokrywą śnieżną, na obieg węgla rozpuszczonego w wodzie w trakcie aktywnego sezonu hydrologicznego (najbliższego lata).

Podstawą badań będzie bilansowanie dostaw i ubytków węgla ze zlewni, przy użyciu automatycznych próbopobieraków i sond rejestrujących, w połączeniu z intensywnym programem obserwacji terenowych. Analiza danych hydrologicznych i hydrochemicznych zostanie połączona z wynikami modelowania w oparciu o wskaźniki izotopowe i model matematyczny z rodziny SWAT. Wybrane czynniki wpływające na transport i uwalnianie węgla będą monitorowane w mniejszych zlewniach zagnieżdżonych wewnątrz zlewni głównej. Badania terenowe obejmą również oszacowanie zawartości węgla w glebach i pokrywie śnieżnej, a także obserwacje obniżania się zwierciadła permafrostu i zmian powierzchni terenu za sprawą ruchów masowych przy użyciu mapowania dronem. W pobranych w terenie próbkach oznaczymy zawartość izotopów węgla w węglu rozpuszczonym organicznym i nieorganicznym, oraz stężenia wybranych biomarkerów organicznych.

Zaplanowane obserwacje terenowe zapewnią znacznie bogatszy niż dotychczas zestaw danych skoncentrowanych na obiegu węgla w wodach zlewni arktycznej w Wysokiej Arktyce, w całym sezonie aktywnym hydrologicznie, ze szczególnym uwzględnieniem okresu tajania permafrostu i opadów deszczu. Pozwoli to znacznie lepsze zrozumienie procesów, które zachodzą podczas sezonu hydrologicznego i mogą powodować znaczne kontrasty w stężeniach węgla organicznego w wodach. Ze względów logistycznych, planujemy badania całosezonowe jednokrotnie (na Svalbardzie), a w celu zbadania szerszej stosowalności uzyskanych wyników, porównamy krótszą część sezonu z lokalizacją na Grenlandii.