Donmuş toprağın içinde binlerce yıldır korunan bitki ve diğer organik maddeler, çözülmenin ardından mikroorganizmalar tarafından parçalanmaya başlıyor. Bu süreçte ortaya çıkan karbondioksit ve metan atmosferde ısıyı tutarak sıcaklığın daha da yükselmesine neden olurken, artan sıcaklık da daha fazla donmuş toprağın çözülmesine yol açıyor.
Yıl boyunca donmuş halde kalan bu toprak tabakasına "permafrost" adı veriliyor. Alaska, Kanada ve Sibirya başta olmak üzere Kuzey Kutbu çevresinde geniş alanlara yayılan permafrost, çok uzun zaman önce ölen bitki ve hayvanlardan kalan büyük miktarda organik karbonu içinde barındırıyor.
NASA'nın verilerine göre Kuzey Kutbu'ndaki permafrostta yaklaşık 1,7 trilyon ton organik karbon bulunuyor. Bu miktar, bugün Dünya atmosferinde bulunan karbon miktarının yaklaşık iki katına karşılık geliyor. Toprak donmuş kaldığı sürece karbonun büyük bölümü burada tutulabiliyor.
Ancak Kuzey Kutbu dünyanın geri kalanından çok daha hızlı ısınıyor. Sıcaklık yükseldikçe uzun süredir donmuş olan toprak çözülüyor ve içindeki organik maddeler mikroorganizmalar tarafından parçalanmaya başlıyor. Oksijenin bulunduğu ortamlarda daha çok karbondioksit oluşurken, suyla doymuş ve oksijenin az olduğu bölgelerde metan salımı gerçekleşiyor.
Bu süreçte açığa çıkan karbonun bir bölümü son derece eski. Alaska ve Sibirya'daki termokarst göllerinde yapılan daha önceki ölçümlerde, donmuş topraktan kaynaklanan metanın oluşmasına yol açan karbonun binlerce hatta on binlerce yıl boyunca donmuş halde kaldığı belirlendi.
Tehlikenin temelinde ise kendi kendini güçlendirebilen bir döngü bulunuyor. Donmuş toprak çözülüyor, karbondioksit ve metan açığa çıkıyor; bu gazlar atmosferde daha fazla ısının tutulmasına katkıda bulunuyor. Sıcaklık arttıkça daha fazla permafrost çözülüyor ve yeni karbon atmosfere karışabiliyor.
Bilim insanları bu nedenle permafrostu iklim sistemindeki önemli karbon kaynaklarından biri olarak yakından takip ediyor. Yapılan hesaplamalara göre donmuş topraklardan açığa çıkacak sera gazları, 2100 yılına kadar küresel sıcaklığı yaklaşık 0,25 santigrat derece daha artırabilir.