Elissa Schuett, knel dypt inne i den gjørmete knurringen av den kollapsede Alaskan-tundraen, peker på restene av en hul som hun kunne stå i fjor sommer. I dag er den borte, snublet opp av den gapende magen kjent som en thermokarst som fortsetter å marsjere utover når landet raskt smelter.
Thermokarst-feil oppstår når permafrost - et lag med frossen jord i jordas polare regioner - tiner og blir ustabil. Selv om hendelsene skjer naturlig over hele Arktis, mistenker mange forskere at stigende temperaturer i nord fører til at flere av disse funksjonene dannes. Ved å sammenligne luftfoto fra 1985 med nylige bilder, "Vi kan nå si med viss sikkerhet ... at noen steder [er det] mellom to og fem ganger flere av disse funksjonene nå enn på begynnelsen av 1980-tallet, " sier William Bowden, en vannlevende økolog ved University of Vermont.
Derfor studerer Bowden, hans forskningsassistent Schuett og andre på Toolik Field Station, et universitet i Alaska, Fairbanks, forskningsanlegg 150 mil nord for polarsirkelen i Nord-Alaska, effekten av termokarstene på miljøet. Arbeidet deres passer inn i en lang tradisjon for klimaendringsforskning ved Toolik, som siden grunnleggelsen i 1975 har gitt et uberørt laboratorium for å studere hvordan en varmere verden vil forandre land og vassdrag i Arktis.
Forståelse av klima- og miljøendringer er ifølge Norman Marcotte fra Canadas naturvitenskapelige og tekniske forskningsråd den "brennende saken" i arktisk forskning internasjonalt. Forskningsstasjoner som Toolik er nøkkelen til å fange opp langsiktige data og utforske spørsmål i felt, sier han på e-post, og Canada har planer om å utvikle en arktisk forskningsstasjon med mange av de samme elementene som Toolik.
Selv om mye av arktisk forskning har fokusert på å observere miljøet, "Hos Toolik er vi i stand til å gå dypere inn i det" og "studere hva som faktisk kontrollerer alle disse prosessene, " sier Toolik-medgründer John Hobbie, seniorforsker ved Økosystemene. Center of the Marine Biologic Laboratory i Woods Hole, Massachusetts.
Det er også "det eneste stedet i Nord-Amerika hvor vi kan se eller få et avansert syn på hvordan klimaendringer kan påvirke økosystemer, " legger han til.
Og på mange måter har klimaendringene allerede begynt å omforme dette dikotomt skjøre og hardføre landet. Mellom 1966 og 1995 økte de arktiske temperaturene 0, 7 grader Celsius per tiår, en trend som setter "Nord-Alaska i det varme setet, " sier Syndonia Bret-Harte, Tooliks forskningsdirektør. Arktis varmes raskere enn til og med de tropiske områdene i verden: Våren ankommer tidligere, høsten setter seg inn senere, og temperaturen på permafrosten i mange områder, inkludert Toolik, svir farlig nær tippepunktet null grader. Det er da den frosne jorda som gir tundraens ryggrad kan smuldre bort.
Nye termokarster i Alaska kan også vise hvordan oppvarming kan endre bekker eller innsjøer, siden disse funksjonene ofte forekommer i nærheten av vann. Da en thermokarst ble oppdaget i 2003 nær Toolik-elven, fant Bowden og kollegene at den hadde løsnet så mye sediment i elven at vannet ble sølete 40 kilometer nedstrøms. Han og kollegene rapporterte også i juni 2008 i Journal of Geophysical Research om at ammonium, nitrat og fosfor som slippes ut fra den kollapsen over tid vil "endre strukturen og funksjonen til elven betydelig."
For Bowden og andre Toolik-forskere var slike observasjoner kjent. Mellom 1983 og 2004 så de hvordan drastisk fosfor kunne omstrukturere en elv i et eksperiment som ble gjort på Kuparuk-elven nær Toolik - "det best studerte vassdraget i hele Arktis, " ifølge Hobbie. I det eksperimentet la forskere små mengder fosfor, et næringsstoff som er vanlig i gjødsel og bolig- og industriell forurensning, til elven hver sommer. Etter åtte år ekspanderte mose i elven, trengte ut andre plantearter og vekket en vekst hos visse typer insekter. Produktiviteten generelt i elven boomet. Denne undersøkelsen kan se på hva som skjer når permafrost smelter og næringsstoffer frigjøres i luften og vannet.
På land har Toolik-forskere også tilført gjødsel til forskjellige typer tundra. I et eksperiment som har operert siden 1989, har seniorforsker Ecosystems Center Gaius Shaver funnet ut at på løpende tundra kan noen løvfellende busker, for eksempel dvergbjørk, utnytte tilstrømningen av nitrogen og fosfor ved å øke i overflod og redusere artsmangfoldet. Toolik-forskere er også fokusert på hvorfor Arktis ser ut til å bli grønnere, forklarer Bret-Harte. Det kan skyldes flere busker: For rundt 12 000 år siden da klimaet var varmere, dominerte busker landskapet, sa hun.
Selv om disse polarskiftene kan virke isolerte fra resten av verden, kan et smeltende arktisk akselerere klimaendringene. Bret-Harte påpeker at arktiske landmasser - inkludert de boreale skogene - innehar nesten 40 prosent av verdens jordkarbon, men utgjør bare en sjettedel av jordas landområde. Hvis karbonet som er fastlåst i jorden frigjøres ved å smelte permafrost, sier hun, kan det mer enn doble konsentrasjonen av karbondioksid, en viktig klimagass, i miljøet.
Bowden ved University of Vermont mener det er "sterke bevis" for at fanget karbon og metan kan frigjøres under termokarst-hendelser og bidra til oppvarming. Han søker finansiering for å undersøke hvordan thermokarsts vil påvirke arktiske økosystemer samlet sett. For eksempel kan en termokarst som forårsaker en pigg i sedimenter i vassdrag kvele planter, tette fiske gjeller og til slutt sette i gang en kaskade av effekter helt opp i matveven.
"Det er ikke en skrekkhistorie - det er ikke som at dette ikke er en naturlig prosess, " advarer Bowden. "Men jeg tror det er sterke bevis på at [menneskelige] påvirkninger som er et stykke unna Arktis, har disse sekundære virkningene ... som kommer til å være potensielt veldig viktig når det gjelder å strukturere det arktiske landskapet ser ut og oppfører seg i fremtiden."
