De toendragebieden op aarde zijn ruw en afgelegen, waardoor minder mensen zich er hebben gevestigd dan in andere omgevingen. De mens heeft echter een lange geschiedenis in de toendra. De eerste mensen die bijvoorbeeld meer dan 20.000 jaar geleden vanuit Azië naar Noord-Amerika trokken, reisden door uitgestrekte toendragebieden op beide continenten. Sindsdien is de menselijke activiteit in toendra-ecosystemen toegenomen, vooral door de aankoop van voedsel en bouwmaterialen. Mensen hebben het landschap veranderd door de bouw van woningen en andere bouwwerken, maar ook door de ontwikkeling van ski-resorts, mijnen en wegen. Jacht, olieboringen en andere activiteiten hebben het milieu vervuild en hebben de wilde dieren in toendra-ecosystemen bedreigd. Milieuwetenschappers vrezen dat de voortdurende uitbreiding van deze activiteiten – samen met de uitstoot van luchtverontreinigende stoffen, waarvan sommige de ozonlaag afbreken, en broeikasgassen, die de klimaatverandering versnellen – de integriteit en duurzaamheid van de ecosystemen van de Arctische toendra en de alpiene toendra begint aan te tasten. Door de toename van het aantal toendrabranden zou bijvoorbeeld het korstmosareaal afnemen, wat op zijn beurt de leefgebieden van kariboes en de bestaansbronnen van andere Arctische soorten zou kunnen beperken.
Encyclopædia Britannica, Inc.
De effecten van klimaatverandering op toendragebieden hebben veel aandacht gekregen van zowel wetenschappers als beleidsmakers en het publiek. Deze aandacht komt deels voort uit de grote gevoeligheid van de toendra voor de algemene trend van opwarming van de aarde. Terwijl de gemiddelde temperatuur van de oppervlaktelucht sinds 1900 wereldwijd met ongeveer 0,9 °C is gestegen, is de gemiddelde temperatuur van de oppervlaktelucht in het Noordpoolgebied in dezelfde periode met 3,5 °C gestegen. Vele delen van de regio hebben sinds het einde van de 20e eeuw verscheidene jaren achtereen een recordwarme winter gekend. Op sommige plaatsen was deze recordbrekende winterwarmte ongekend; de gemiddelde wintertemperatuur over drie maanden in de Noorse Svalbard-archipel was in 2016 8-11 °C hoger dan het gemiddelde over de periode 1961-90. De meeste klimatologen zijn het erover eens dat deze opwarmingstrend zal aanhouden, en sommige modellen voorspellen dat landgebieden op grote hoogte tegen het einde van de 21e eeuw 7-8 °C warmer zullen zijn dan in de jaren 1950.
De opwarming van de aarde heeft al waarneembare veranderingen teweeggebracht in Arctische en alpiene toendra-ecosystemen. Deze ecosystemen worden overspoeld door boomsoorten die vanuit de bosgordel noordwaarts trekken, en kustgebieden worden getroffen door de stijgende zeespiegel. Beide verschijnselen verminderen de geografische reikwijdte van de Arctische toendra. Andere veranderingen die zich zowel in Arctische als alpiene toendra’s voordoen, zijn een grotere dichtheid van struikgewas, een vroegere dooi in het voorjaar en een latere bevriezing in het najaar, verminderde habitats voor inheemse dieren en een versnelde afbraak van organisch materiaal in de bodem. Deze processen kunnen in feite bijdragen tot een grotere opwarming van de toendra dan in andere regio’s. Klimatologen wijzen er bijvoorbeeld op dat de donkere oppervlakken van groene naaldbomen en ijsvrije zones het albedo (de weerkaatsing van het oppervlak) van het aardoppervlak verminderen en meer zonnestraling absorberen dan lichter gekleurde sneeuw en ijs, waardoor de opwarming sneller verloopt.
Een van de opvallendste veranderingen in het Noordpoolgebied is het snelle smelten van het zee-ijs. Sommige klimaatmodellen voorspellen dat ergens in de eerste helft van de 21e eeuw het zomerijs op zee uit de Noordelijke IJszee zal verdwijnen. De afwezigheid van zomerijs zou de bestaande opwarmingstendens in de toendragebieden van het Noordpoolgebied en in de gebieden buiten de toendra versterken, omdat zee-ijs het zonlicht veel gemakkelijker weerkaatst dan de open oceaan en dus een verkoelend effect heeft op de atmosfeer. Bovendien wijst onderzoek uit dat de terugtrekking van zee-ijs de productiviteit van toendravegetatie zou verhogen, en de resulterende opbouw van plantaardige biomassa zou kunnen leiden tot meer extreme gebeurtenissen zoals grote toendrabranden. Ten slotte zou een ijsvrije Noordelijke IJszee de toegang tot hoge noordelijke breedtegraden voor recreatieve en industriële activiteiten verbeteren; dit zou waarschijnlijk extra druk uitoefenen op toendraplanten en -dieren en de veerkracht van het toendra-ecosysteem zelf in gevaar brengen. Ook in alpiene toendra’s zou de opwarming van het klimaat meer menselijke activiteit kunnen aanmoedigen en de schade aan de daar aanwezige planten- en dierenpopulaties kunnen vergroten.
Het lot van de permafrost in een warmere wereld is een bijzonder belangrijke kwestie. Toendra’s en taiga’s zijn samen goed voor ongeveer een derde van de wereldwijde koolstofopslag in de bodem, en een groot deel van deze koolstof zit vast in permafrost in de vorm van dood organisch materiaal. Een deel van dit organisch materiaal is vele duizenden jaren bewaard gebleven, niet omdat het van nature moeilijk af te breken is, maar omdat het land bevroren is gebleven. Ontdooiing van de permafrost zou het organisch materiaal blootstellen aan microbiële afbraak, waardoor koolstof in de vorm van CO2 en methaan (CH4) in de atmosfeer zou vrijkomen. De snelheid van de microbiële afbraak is veel lager onder anaërobe omstandigheden, waarbij CH4 vrijkomt, dan onder aërobe omstandigheden, waarbij CO2 vrijkomt; CH4 heeft echter ongeveer 25 maal het broeikaseffectpotentieel van CO2. Het Noordpoolgebied is sinds het einde van de laatste ijstijd een netto put (of opslagplaats) van atmosferisch CO2 geweest. Tegelijkertijd is het gebied echter een nettobron van CH4 in de atmosfeer geweest, voornamelijk vanwege de overvloed aan wetlands in de regio.
Er zijn talloze andere factoren die de uitwisseling van koolstofhoudende verbindingen tussen de toendra en de atmosfeer beïnvloeden. Toendrabranden geven CO2 af aan de atmosfeer, en er zijn aanwijzingen dat de opwarming van het klimaat in de afgelopen decennia de frequentie en de ernst van toendrabranden in het Noordpoolgebied heeft vergroot. Een grotere plantproductiviteit als gevolg van een langer, warmer groeiseizoen zou daarentegen een deel van de koolstofuitstoot als gevolg van het smelten van de permafrost en toendrabranden kunnen compenseren. Ecologen en klimaatwetenschappers merken op dat er veel onzekerheid bestaat over de toekomst van de koolstofcyclus in het Noordpoolgebied in de 21e eeuw. Zij vrezen echter dat een netto-overdracht van broeikasgassen van toendra-ecosystemen naar de atmosfeer de veranderingen in het aardse klimaat kan verergeren door een positieve terugkoppelingskringloop, waarbij kleine stijgingen van de luchttemperatuur aan de oppervlakte een keten van gebeurtenissen in gang zetten die tot verdere opwarming leidt.
Stellar Stock/SuperStock
Feng Sheng Hu