Andrew Haverdink, un alto estudiante de posgrado con peto impermeable y botas de agua, extrajo con fuerza un taladro de dos manos del suelo congelado que subyace a gran parte del Parque Nacional Denali de Alaska y luego desenganchó el cilindro hueco del extremo de la broca.
Se arrodilló frente a una lona azul, alineó el tubo con una bandeja de plástico y empujó una varilla por el extremo opuesto. Emergió un testigo cilíndrico, sólido y perfecto, de suelo milenario: un permafrost oscuro y rico de al menos treinta centímetros de largo.
A finales de aquella mañana de principios de julio, Haverdink formaba parte de un equipo de estudiantes y personal de la Universidad del Norte de Arizona que recogía muestras y datos de una parcela de investigación, dividida por cinta de topógrafo desenrollada sobre matas de hierba, alisos y epilobios.
A finales de junio de 2013, un rayo desató un incendio en este tramo de tundra prácticamente desprovisto de árboles, en la remota zona norte del parque. Azotado por los chinooks, intensos vientos de ladera descendente que se originan cuando el aire húmedo del océano supera y luego desciende por la cordillera de Alaska, el fuego arrasó casi 14 000 hectáreas. Calcinó gran parte de la vegetación y penetró profundamente en la capa superficial del suelo, destruyendo la capa aislante que preserva el permafrost congelado, un gigantesco depósito de carbono que subyace bajo el 85 % de Alaska.
Durante su primer estudio, en 2016, los investigadores descubrieron que, en los lugares donde el fuego ardió con mayor intensidad y a mayor profundidad, el suelo descongelado situado sobre el permafrost (conocido como capa activa) alcanzaba entre 30 y casi 60 centímetros más de profundidad que en las parcelas situadas fuera de la cicatriz del incendio, un indicio de deshielo profundo.
De forma crucial, el fuego también atravesó dos conjuntos de cuadrículas de muestreo que el Servicio de Parques Nacionales estableció en 2001, incluida aquella en la que se encontraban los investigadores esa mañana. Esa instantánea previa al incendio brindó al grupo de Northern Arizona una oportunidad única para estudiar cómo el fuego ha alterado la vegetación, el carbono y el permafrost a lo largo del tiempo, explica Xanthe Walker, una de las investigadoras principales del proyecto, que supervisaba el trabajo de Haverdink esa mañana.
Estas observaciones directas de incendios en altas latitudes están ayudando a los científicos a comprender mejor el impacto de los incendios forestales y la pérdida de permafrost en el cambio climático, señala.
"Hay mucha incertidumbre", afirma Walker. "Son biomas enormes con incendios masivos en los que nadie ha estado nunca ni nadie ha observado jamás".
Forman parte de un creciente grupo de investigadores que se esfuerzan por desentrañar qué sucede tras los incendios en la región ártico-boreal a medida que se producen con mayor frecuencia, arden con más intensidad que antes y exponen el paisaje y el permafrost congelado a un clima cada vez más cálido.
El trabajo aporta pistas clave sobre los complejos mecanismos que impulsan los efectos de retroalimentación climática en cascada: a medida que el aumento de las temperaturas aviva incendios más frecuentes y graves, se descongela más permafrost, liberando emisiones de gases de efecto invernadero que amenazan con alimentar más calentamiento, incendios y pérdida de permafrost.
Comprender hasta qué punto son potentes estos efectos, cómo se acumulan y en qué medida otras transformaciones del paisaje pueden mitigarlos resulta fundamental para tener una visión más clara de nuestro futuro climático.
En particular, los modelos anteriores sugerían que la absorción de dióxido de carbono derivada de la expansión de árboles y plantas podría compensar en gran medida la liberación de carbono provocada por el calentamiento de los suelos y el deshielo del permafrost, al menos durante periodos prolongados y bajo niveles moderados de calentamiento. Sin embargo, la mejora en las observaciones y los análisis ha revelado indicios preocupantes sobre el impacto del aumento de las emisiones ártico-boreales en las décadas inmediatamente venideras, mientras el mundo lucha por mantener el calentamiento global dentro de unos límites relativamente seguros.
El problema del permafrost
El permafrost representa el 15 % de la superficie terrestre del hemisferio norte y alberga alrededor de 1,5 billones de toneladas de carbono, aproximadamente el doble de la cantidad presente en la atmósfera. La mayor parte se formó durante la última glaciación, pero se ha estado descongelando a un ritmo acelerado durante el último medio siglo, en un contexto de aumento de las temperaturas y de incendios cada vez más graves. A medida que se descongela, los microorganismos empiezan a descomponer esa materia orgánica y la liberan al aire en forma de dióxido de carbono y metano. Ambos son potentes gases de efecto invernadero que alimentan el cambio climático.
Sin embargo, el impacto de la pérdida de permafrost no es tan evidente como podría parecer en un principio. En particular, existe un prolongado debate científico sobre qué tendría el mayor efecto en el intercambio de gases de efecto invernadero durante los próximos siglos: la pérdida de carbono en el suelo y el permafrost o la absorción de carbono derivada del denominado "reverdecimiento del Ártico", que describe la proliferación de plantas que absorben carbono en el paisaje a medida que aumentan las temperaturas.
El propio deshielo del permafrost puede contribuir a este último fenómeno, a medida que la capa de suelo descongelado se vuelve más profunda y hace más accesibles para las plantas el nitrógeno, el fósforo y otros nutrientes. Los árboles y arbustos que absorben carbono, con sistemas radiculares más profundos, pueden arraigar y prosperar en lugares donde en el pasado no habrían podido.
Sin embargo, a medida que se declaran más incendios ártico-boreales y se derrite más permafrost, los investigadores han podido estudiar al detalle qué sucede exactamente después mediante mediciones sobre el terreno como las realizadas por el equipo de la Universidad del Norte de Arizona, observaciones por satélite, vuelos con lidar, una creciente red de torres de medición de gases de efecto invernadero y otras herramientas.
Los hallazgos han alarmado a muchos investigadores.
En concreto, el permafrost parece especialmente propenso a un deshielo abrupto, en lugar de al proceso gradual que han simulado los principales modelos climáticos. Un estudio de 2020 reveló que esto podría liberar mucho más carbono de lo que se creía, lo que duplicaría las emisiones derivadas del deshielo del permafrost y neutralizaría la absorción de carbono del futuro crecimiento vegetal.
Además, aunque los niveles de carbono terminen por compensarse gracias al reverdecimiento del Ártico, las emisiones de los incendios en latitudes altas y la pérdida de permafrost parecen estar acelerando el calentamiento ahora mismo.
Susan Natali, climatóloga del Ártico en el Woodwell Climate Research Center, y sus colegas han publicado varios estudios en los últimos años en los que concluyen que las emisiones combinadas de estos efectos de retroalimentación harán que el planeta supere los 2 °C más rápido de lo previsto actualmente. Ella y otros investigadores también descubrieron que alrededor del 40 % de la zona ártico-boreal ya ha pasado de ser un sumidero de carbono a una fuente de carbono, si se tienen en cuenta las emisiones derivadas del deshielo del permafrost, los incendios y otros factores.
"Cuanto más aprendemos sobre procesos como el deshielo abrupto, los incendios que arden a mayor profundidad y las emisiones en la estación fría, y cuanto más vemos aumentar las perturbaciones, más probable es que el sumidero se debilite y las zonas emisoras se expandan", afirmó Natali en un correo electrónico.
Sin embargo, todavía existe una incertidumbre considerable sobre las diferencias en el modo en que los incendios y el deshielo del permafrost podrían alterar el paisaje, en diferentes circunstancias y en distintos biomas.
"Esto es simplemente un desafío para la ciencia, porque es muy difícil medir un área tan enorme, que no es un único sistema", afirma. "Son muchos, muchos, muchos, muchos tipos diferentes de ecosistemas".
Los resultados pueden variar
Los investigadores de la Universidad del Norte de Arizona han estado a la vanguardia de los esfuerzos por estudiar las secuelas de unos incendios cada vez más intensos en distintas zonas de Alaska. A lo largo de las dos últimas décadas, Michelle Mack, profesora de ecología de ecosistemas que fue tutora posdoctoral de Walker, ha supervisado estudios periódicos sobre el terreno en áreas afectadas por el fuego tanto en bosques como en tundras, desde el interior sur, relativamente cálido, hasta la gélida vertiente norte.
Su marido y colaborador habitual, Ted Schuur, también es profesor en la universidad y supervisa varias estaciones experimentales y de monitorización del permafrost en el área de estudio de Eight Mile Lake, justo al norte del Parque Nacional Denali.
Si hay una conclusión clara de todo el corpus científico que han generado los investigadores de Northern Arizona, es esta: es complejo. El clima y el ecosistema locales, la gravedad de los incendios que se han producido, el tipo de permafrost y muchos otros factores pueden alterar sustancialmente la absorción o pérdida de carbono, la cantidad de permafrost descongelado, el grado en que puede recuperarse y la inflamabilidad futura del paisaje.
En uno de sus primeros estudios, los investigadores y sus colaboradores examinaron decenas de rodales dominados por píceas negras tras una serie de grandes incendios boreales en 2004, entre la cordillera Brooks y la cordillera de Alaska. Uno de los hallazgos más destacados fue que los incendios graves que apenas dejaron restos de materia orgánica en descomposición en la capa superior del suelo provocaron una transición hacia árboles caducifolios de crecimiento más rápido y menos inflamables. Las zonas donde predominaban los árboles caducifolios almacenaban unas cinco veces más carbono en el suelo que los rodales en los que volvieron a crecer píceas negras, según señalaron Mack, Walker y sus coautores en un artículo publicado en Science en 2021.
Esto significa que la posterior absorción de carbono en esos rodales "compensó con creces" la cantidad liberada en el incendio inicial, señala Walker.
Sin embargo, el incendio en la tundra del río Anaktuvuk de 2007, que sigue siendo el mayor fuego registrado en la vertiente norte de Alaska, ofrece un caso de estudio radicalmente distinto. En el análisis inicial llevado a cabo allí, Mack, Schuur y sus coautores descubrieron que el fuego liberó más de dos millones de toneladas de carbono a la atmósfera, lo que prácticamente anuló la cantidad que los ecosistemas de tundra de todo el mundo retiraron del aire ese año.
Estudios posteriores constataron que más de un tercio del paisaje calcinado se hundió, se deslizó y se deformó a medida que colapsaban las cuñas de hielo subyacentes, signos inequívocos de un deshielo abrupto del permafrost. Casi dos décadas después, gran parte de esa materia orgánica descongelada y en descomposición continúa liberando dióxido de carbono y metano en las zonas más gravemente quemadas de la cicatriz del incendio, señala Adrian Rocha, profesor asociado de la Universidad de Notre Dame.
Se tardará entre décadas y siglos en recuperar todo el carbono perdido allí, si es que alguna vez se consigue, según Rocha, quien sigue monitorizando la zona mediante torres de flujo de covarianza de torbellinos, que miden el intercambio de gases de efecto invernadero entre la Tierra y la atmósfera.
Mack afirma que estas mediciones sobre el terreno son cruciales para entender qué tipo de ecosistemas se recuperan, cuáles evolucionan hacia nuevos estados, si liberan mucho o poco carbono, y cuándo y dónde el crecimiento de la vegetación puede compensarlo.
Dicho esto, lo que está en juego con el deshielo del permafrost es evidente.
"Si tomamos perspectiva como ecólogos de ecosistemas, sabemos que hay mucho más carbono almacenado bajo tierra en el permafrost que sobre el suelo en la vegetación", afirma. "Si se libera el carbono del permafrost, podría eclipsar todos estos otros detalles interesantes".
En el laboratorio
El equipo de investigación de la Universidad del Norte de Arizona envió un palé de muestras de suelo desde Denali. El material incluía tacos de musgo y materia vegetal en descomposición conocidos como "brownies", así como testigos de permafrost y muestras de la capa de suelo no congelada. En los meses transcurridos desde entonces, han cortado, secado, pesado, calcinado y analizado diversas muestras, e introducido sus hallazgos de campo y de laboratorio en bases de datos.
Walker afirma que están explorando diversas preguntas de investigación, entre ellas cuánto se ha recuperado esa capa orgánica superficial desde el estudio inicial posterior al fuego y cuánto carbono se ha perdido y recuperado desde el incendio.
El análisis sigue en curso, pero en las zonas más gravemente quemadas, parece que la capa de suelo descongelada sobre el permafrost continúa siendo más profunda unos 13 años después.
"El deshielo sigue alcanzando mayor profundidad en el suelo cada verano de lo que probablemente lo hacía antes del incendio, lo que expone más suelo a la descomposición", explicó Walker en un correo electrónico.
Ahora esperan utilizar análisis de laboratorio para determinar qué cantidad de ese carbono se está perdiendo.
Adentrarse en el futuro climático
En mi última tarde en Healy (Alaska), seguí a Schuur por una estrecha pasarela de tablones de madera suspendida sobre un campo de tundra justo al norte de Denali, con la esperanza de vislumbrar nuestro futuro climático.
En 2008, él y su equipo de investigación idearon una forma de someter el permafrost a los niveles de temperatura previstos para dentro de dos o tres décadas mediante la instalación de vallas para la nieve alrededor de decenas de parcelas de investigación seleccionadas. Esto permitió que se acumulara nieve adicional (que, de forma contraintuitiva, actúa como una manta), lo que aportó un aislamiento térmico durante el invierno que mantuvo las parcelas de prueba más cálidas que las de control.
A lo largo de los 13 años que duró el experimento, los niveles de carbono en el suelo de esas parcelas de 10 por 10 metros disminuyeron un 23 %, según descubrieron Schuur y sus coautores. El terreno colapsó en muchos de los puntos, formando cráteres de más de un metro de profundidad.
Al avanzar con cuidado, poniendo un pie delante del otro, por los tablones hacia el centro de una de las parcelas, descendí algo más de un metro, experimentando la subsidencia en tres dimensiones. Al mirar hacia el borde desde la pasarela, me sentí como si estuviera metido hasta el diafragma en una piscina vacía.
Sin embargo, Schuur tenía otra cosa que mostrarme. Al coronar una loma entre las parcelas, señaló hacia una charca menos profunda (aunque no menos evidente) al otro lado. Se trataba de una zona de control que se había derretido y colapsado por sí sola, sin ayuda alguna de incendios ni de calentamiento simulado.
"Cada parcela está siguiendo su propia trayectoria", dijo. "Todo esto ocurre porque toda la zona se está calentando… y todos estos cambios van más rápido si primero quemas la superficie".
Schuur prevé que el permafrost que subyace a todo el terreno se descongelará en profundidad para finales de 2040.
"Con el calentamiento actual, no quedará permafrost superficial", afirma.
A menos que el mundo reduzca drásticamente las emisiones y logre controlar los incendios, este mismo fenómeno irá avanzando hacia el norte del estado, década tras década, hasta que incluso el permafrost bajo la vertiente norte de Alaska se hunda a profundidades similares y libere el carbono que ha retenido durante milenios.