Thaw-induced degradation as a driver of methane emissions from low-Arctic polygonal peatlands in the Western Siberian Lowland

Resumen Técnico: La degradación inducida por el deshielo como motor de las emisiones de metano en los turbales poligonales del Ártico bajo en la Baja Siberia Occidental

Planteamiento del problema
Aunque se reconoce que los turbales de tundra poligonales con cuñas de hielo en la zona de permafrost continuo son fuentes potenciales de metano (CH₄) debido al calentamiento climático, los esfuerzos de monitoreo se han centrado históricamente en los paisajes del Alto Ártico. Este enfoque ha infravalorado el bioma del Ártico bajo, donde el permafrost es más vulnerable a la degradación debido a que la temperatura media anual del suelo (MAGT) se encuentra cerca de los 0 °C. Específicamente, existe una falta de datos sistemáticos sobre los potenciales de emisión de CH₄ de los turbales poligonales en degradación en la Baja Siberia Occidental (WSL, por sus siglas en inglés), una región caracterizada por una extensa cobertura de humedales. El estudio aborda la brecha en la comprensión de cómo la degradación inducida por el deshielo, la subsidencia del terreno y los cambios hidrológicos subsiguientes controlan los flujos de CH₄ a escala de micrositio en este contexto específico del Ártico bajo.

Metodología
La investigación se llevó a cabo en el interfluvio de Pur-Taz de la tundra del Ártico bajo de la WSL durante las temporadas de verano de 2025–2023. El área de estudio se encuentra dentro de la zona de permafrost continuo, cerca de su límite sur.

• Selección del sitio: Se seleccionaron tres parcelas de investigación (~0.018 km² cada una) para capturar patrones de degradación representativos. Estas parcelas fueron elegidas por estar libres de perturbaciones tecnogénicas directas (carreteras, oleoductos) en un radio de 2 km, asegurando que la degradación observada fuera impulsada por factores naturales.
• Clasificación de micrositios: Utilizando imágenes de UAV (vehículo aéreo no tripulado) y análisis de vegetación, los autores clasificaron el paisaje en tres tipos distintos de micrositios basados en los regímenes de agua y la vegetación:
  1. Superficies poligonales planas: Secas, dominadas por arbustos enanos, musgos y líquenes.
  2. Praderas intermedias (ILs): Húmedas a deprimidas, con una transición hacia vegetación dominada por Sphagnum.
  3. Hondonadas saturadas de agua (WSHs): Inundadas o saturadas de agua, dominadas por cálices (Carex, Eriophorum). Se utilizó un umbral de la tabla de agua (WT) de 5 cm por debajo de la superficie para distinguir las ILs de las WSHs.
• Medición de flujos: Los flujos de CH₄ se midieron utilizando el método de cámara estática cerrada (collares de 36 × 36 cm, volumen de 48 L) durante la temporada de máximo crecimiento. Las mediciones se tomaron en intervalos de 10 minutos durante 30–45 minutos. Las muestras de gas se analizaron mediante cromatografía de gases con un detector de ionización de llama.
• Monitoreo ambiental: Las mediciones concurrentes incluyeron temperaturas del aire y del suelo, el espesor de la capa activa (AL) y la profundidad de la tabla de agua.
• Análisis estadístico y de escalamiento: Se utilizaron pruebas estadísticas no paramétricas (Kruskal-Wallis, Mann-Whitney U) para comparar los flujos entre micrositios. Las correlaciones de rango de Spearman evaluaron las relaciones entre los flujos y las variables ambientales. Las emisiones regionales se escalaron utilizando las fracciones de área promedio de los tipos de micrositios y los valores medianos de flujo, restringidos por la variabilidad observada en las proporciones de pradera a hondonada.

Resultos clave

• Variabilidad de flujo por micrositio:
  • Las superficies poligonales planas actuaron como fuentes/sumideros casi neutros, con flujos que oscilaron entre –0.26 y 0.35 mg CH₄ m⁻² h⁻¹ (mediana: –0.01).
  • Los micrositios deprimidos (ILs y WSHs) fueron fuentes significativas. Las WSHs emitieron las tasas más altas (mediana: 2.96 mg CH₄ m⁻² h⁻¹), seguidas de las ILs (mediana: 1.35 mg CH₄ m⁻² h⁻¹).
  • Los surcos interpoligonales (ligeramente degradados) mostraron las emisiones medianas más altas (5.76 mg CH₄ m⁻² h⁻¹), estadísticamente similares a las WSHs.
• Controles ambientales:
  • Espesor de la capa activa (AL): Fue el control más fuerte sobre los flujos de CH₄ en todos los micrositios (Spearman r = 0.73).
  • Presencia de la tabla de agua: La presencia binaria de una tabla de agua medible fue el segundo control más fuerte (r = 0.69).
  • Profundidad de la tabla de agua: Dentro de los micrositios húmedos a inundados, la profundidad específica de la tabla de agua mostró una correlación débil con los flujos (r = 0.22), lo que sugiere que una vez que la columna de turba es anóxica, la inundación adicional no aumenta linealmente las emisiones.
  • Temperatura: Se observaron ciclos diurnos en los flujos de CH₄ principalmente en las WSHs, alcanzando su pico 3–5 horas después del mediodía solar, pero las correlaciones con la temperatura fueron esporádicas y no reproducibles año tras año.
• Escalamiento regional:
  • La relación de área de micrositios planos frente a deprimidos mostró una baja variabilidad entre las parcelas (~0.8 a ~1.6).
  • La relación de pradera a hondonada exhibió una alta variabilidad (~3.0 a ~18.5), atribuida a la variable exposición a la acción de las olas lacustres.
  • Utilizando estos límites, el estudio estima que los turbales poligonales en la tundra del Ártico bajo de la WSL emiten 31.1 a 45.7 kt CH₄ año⁻¹.
  • Este rango representa aproximadamente una quinta parte a un tercio de las emisiones totales de CH₄ de todos los humedales de las subzonas de la tundra en la región (~0.15 Tg CH₄ año⁻¹).

Significancia y afirmaciones
El artículo afirma proporcionar la primera evaluación sistemática de las emisiones de CH₄ de los turbales poligonales en degradación en la tundra del Ártico bajo de la WSL. Su contribución principal es demostrar que la degradación inducida por el deshielo, que impulsa la subsidencia del terreno y la expansión de las hondonadas saturadas de agua, es un motor crítico del aumento de las emisiones de metano en este bioma vulnerable.

Los autores sostienen que sus hallazgos resaltan la importancia de los cambios microtopográficos (específicamente el cambio de superficies planas a áreas deprimidas y anegadas) en la regulación de los presupuestos de carbono regionales. Al establecer que la expansión de las hondonadas saturadas de agua es un resultado inevitable de la degradación de los polígonos, el estudio sugiere que las estimaciones actuales de emisiones para la región pueden necesitar un ajuste al alza a medida que el permafrost se degrada más rápidamente. El trabajo también valida un método de clasificación basado en la vegetación y los regímenes de agua que puede aplicarse a datos de teledetección para un monitoreo más amplio.

El estudio señala modestamente que sus estimaciones se basan en patrones de degradación natural; si bien existen perturbaciones tecnogénicas, estas afectan a una pequeña fracción (2.3%) del paisaje de estudio y fueron excluidas para aislar los impulsores naturales. Los resultados confirman que la tundra del Ártico bajo, a menudo pasada por alto en favor de los sitios del Alto Ártico, representa una fuente sustancial y potencialmente creciente de metano en el contexto de la amplificación ártica.