Research press release


Nature Reviews Earth & Environment

Climate change: Impact of thawing permafrost assessed

北極域の重要な周極インフラの約30~50%は、人為起源の温暖化による永久凍土の融解の結果として被害を受けるリスクが高いという可能性を示唆する論文が、Nature Reviews Earth & Environment に掲載される。同誌は、永久凍土の融解に関連した物理的変化、生物地球化学的変化、生態系の変化とそれに伴う影響を調べた論文を集めており、今回の研究によって得られた知見が記述された論文もその1つである。


今回、Jan Hjortたちは、人為起源の温暖化という条件下で、永久凍土地域の住宅インフラ、輸送インフラ、産業インフラの約69%が、21世紀半ばまでに地表近くの永久凍土融解が発生する可能性が高い地域に位置していると報告している。そのため、永久凍土の劣化に関連するインフラコストは、21世紀後半までに数百億ドル(数兆円)に上る可能性が生じている。例えば、ロシアでは、2020〜2050年までの永久凍土の劣化に起因する道路インフラのサポートと維持のための総コストは、追加的な道路建設がないとして、既存の道路網で4220億ルーブル(約6330億円)に達すると推定されている。Hjortたちは、こうした影響を緩和するための技術が一定数存在していることを指摘し、その一例をして空気対流盛土(多孔質岩石層を使って盛土内に対流を発生させて熱除去性を向上させる)を挙げているが、緩和方法を効果的なものとするには、リスクの高い地域に関する理解を深める必要があると結論付けている。

この論文コレクションに含まれているSharon Smithたちの総説では、気候、植生、積雪、有機層の厚さと地下氷の含有量の相互作用のために永久凍土の気温上昇には空間的変動が見られることが指摘されている。亜北極域で見られる温暖な永久凍土(気温が0℃に近い)では、温暖化速度は一般的に10年当たり0.3℃未満である。これに対して、高緯度の北極域で見られる寒冷な永久凍土(気温が−2℃未満)では、10年あたり約1℃まで気温が上昇することが明瞭に示されている。Smithたちは、永久凍土の熱的状態とその将来的な応答に関する不確実性を減らすためには、より長期的な永久凍土と周辺環境との相互作用をさらに深く理解する必要があると結論付けている。


Approximately 30–50% of critical circumpolar infrastructure in the Arctic could be at high risk of damage as a result of permafrost thawing owing to anthropogenic warming, suggests an article published in Nature Reviews Earth & Environment. The findings form part of a collection, which examines the physical, biogeochemical and ecosystem changes related to permafrost thaw and the associated impacts.

Arctic permafrost regions store nearly 1,700 billion metric tons of frozen and thawing carbon. Anthropogenic warming threatens to release an unknown quantity of this carbon into the atmosphere, influencing the climate in processes collectively known as the permafrost carbon feedback. Permafrost thaw also poses a considerable threat to the integrity of polar and high-altitude infrastructure.

Jan Hjort and colleagues report that under anthropogenic warming, approximately 69% of residential, transportation and industrial infrastructure in permafrost regions is located in areas with high potential for near-surface permafrost thaw by the middle of this century. Accordingly, permafrost degradation-related infrastructure costs could rise to tens of billions US dollars by the second half of the century. For example, in Russia, the total cost of support and maintenance of road infrastructure owing to permafrost degradation from 2020 to 2050 is estimated to reach approximately US $7 billion (422 billion RUB) for the existing network, with no additional development. The authors note that a number of techniques exist to alleviate these impacts, such as air convection embankments (which uses a porous stone layer to generate convection within embankments and improve heat extraction). However, a better understanding of the regions at high risk are needed for mitigation methods to be effective, they conclude.

In a second review in the collection, Sharon Smith and colleagues note that increases in permafrost temperature vary spatially owing to interactions between climate, vegetation, snow cover, organic-layer thickness and ground ice content. In warmer permafrost (temperatures close to 0 °C), rates of warming are typically less than 0.3 °C per decade, as seen in sub-Arctic regions. However, in colder permafrost (temperatures less than −2 °C) as seen in the high-latitude Arctic, warming of up to about 1 °C per decade is apparent. Smith and co-authors conclude that a greater understanding of longer-term interactions between permafrost and the surrounding environment is needed to reduce the uncertainty regarding the thermal state of permafrost and its future response.

The articles in this collection outline the progress made in understanding permafrost and its role in the Earth System, but also the vast uncertainties and continued unknowns. Cooperation will be key to predicting and mitigating the impacts of permafrost thaw.

doi: 10.1038/s43017-021-00247-8


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