Među mnogim stvarima koje će globalno zatopljenje otopiti u ovom stoljeću – morski led, kopneni ledenjaci i turističke tvrtke u primorskim gradovima diljem svijeta – je permafrost. Ležeći ispod 15% sjeverne hemisfere, permafrost se sastoji od akumulacije mrtve biomase koja ostaje smrznuta, a nikada nije imala priliku osloboditi sav svoj ugljik.
Kako se površina i donji dio atmosfere zagrijavaju zbog ljudskog povećanja učinka staklenika, ključna su pitanja koliko će se permafrosta otopiti i koliko će ugljika time otpustiti u atmosferu?
To je pitanje komplicirano mnogim procesima koji se odvijaju u ciklusu ugljika. Sada nova studija koja koristi biogeokemijski model temeljen na procesu koji kombinira znanost s podacima promatranja sugerira da će većina odmrznutog ugljika iz permafrosta ostati povučena u slojevima koji su bili smrznuti, ali to će stvoriti značajan izazov budućim naporima za ublažavanje klimatskih promjena ako se otapanje ubrzava.
Permafrost se uglavnom formira tamo gdje je prosječna godišnja temperatura ispod točke smrzavanja vode. Ako je taj prosjek ispod -5°C, smrzavanje može biti trajno na današnjoj klimatskoj razini. (Bilo je mnogo opsežnije tijekom posljednjeg glacijalnog maksimuma .)
Ovaj problem pogoršava pojačanje zagrijavanja na Zemljinim polovima—činjenica da globalno zagrijavanje nije ravnomjerno raspoređeno po površini zemaljske kugle, već se povećava s geografskom širinom. Na primjer, Arktik se zagrijao gotovo četiri puta brže od globalnog prosjeka od 1979.
Otapanje permafrosta djelovalo bi kao pozitivna povratna informacija za zagrijavanje—doprinos globalnom zatopljenju putem emisije ugljičnog dioksida—a količina bi ovisila o tome koliko se antropogeno utječe na klimu. Uz oko 1 bilijun tona permafrosta koji je u konačnici osjetljiv na globalne klimatske promjene, modeliranje njegove budućnosti je složen posao.
Količina ugljika koju će otapanje permafrosta emitirati u atmosferu ovisi o tome kojim će socioekonomskim putem čovječanstvo krenuti u budućnost. (Što znači da je svaki rezultat modela nužno projekcija temeljena na pretpostavljenim parametrima, a ne predviđanje.)
Novi model procjenjuje da područje permafrosta za sjevernu hemisferu za 2010. do 2015. iznosi 14,4 milijuna četvornih kilometara, sadržavajući 563 gigatona (Gt) ugljika u zadnjoj godini. Za scenarij SSP126 koji ograničava zagrijavanje na 2,0°C, model je utvrdio da će degradacija permafrosta učiniti 119 Gt ugljika dostupnim za razgradnju do 2100. iz tla koje je trajno zamrznuto, smanjujući ugljik u ekosustavima permafrosta za 3,4 Gt. Za ekstremni scenarij SSP585, 252 Gt ugljika postalo bi dostupno, smanjujući isti ugljični ekosustav za 15 Gt ugljika.
Međutim, model je otkrio da se očekuje da će samo oko 4% do 8% ovog nedavno otopljenog ugljika biti ispušteno u atmosferu do 2100. Za usporedbu, 2023. godine ljudi su emitirali 11,3 Gt ugljika izgaranjem fosilnih goriva, promjenama korištenja zemljišta, uzgojem stoke i drugim aktivnostima, od čega oko polovica ostaje godinama u atmosferi. Trenutno je u atmosferi 880 Gt ugljika, od čega su 300 Gt dodali ljudi.
