Η τούνδρα (ή τούντρα) είναι η αχανής, επίπεδη και άδενδρη αρκτική περιοχή της Ευρώπης, της Ασίας και της Βόρειας Αμερικής, στην οποία το υπέδαφος είναι μονίμως παγωμένο. Λόγω της μικρής αύξησης της μέσης θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας και του εδάφους στις βόρειες περιοχές του πλανήτη, εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής, έχει διπλασιαστεί ο ρυθμός, που το παγωμένο έδαφος της τούνδρας λιώνει τα καλοκαίρια. Το έδαφος αυτό περιέχει οργανικές ουσίες φυτικής ή ζωικής προέλευσης συσσωρευμένες στο πέρασμα των αιώνων και, όταν ρευστοποιείται με το λιώσιμο του πάγου, γίνεται πεδίο δράσης μικροβίων, που αποικοδομούν τις οργανικές ουσίες, εκλύοντας διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο. Η τούνδρα καλύπτει μεγάλο μέρος της στεριάς στο βόρειο ημισφαίριο (16,7 εκατομμύρια τετραγωνικά χιλιόμετρα), σχεδόν το ένα τέταρτο του εδάφους που δεν καλύπτεται από πάγους και το παγωμένο χώμα της μπορεί να εκτείνεται σε βάθος από μερικές δεκάδες έως και εκατοντάδες μέτρα. Το ξεπάγωμα της τούνδρας θα μπορούσε να έχει σημαντική επίδραση προς το χειρότερο, στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Η ποσοτικοποίηση του φαινομένου είναι δύσκολη σε μια τόσο μεγάλη περιοχή. Αν και οι δορυφόροι μπορούν να δώσουν εικόνα για τη μείωση της παγοκάλυψης, δεν υπάρχει ολοκληρωμένο σύστημα για την απομακρυσμένη παρατήρηση των παγωμένων εδαφών της τούνδρας. Σταδιακά, όμως, ένα τέτοιο σύστημα αρχίζει να εγκαθίσταται. Το Παγκόσμιο Επίγειο Δίκτυο για τα Παγωμένα Εδάφη της Τούνδρας διαθέτει σήμερα 1.000 γεωτρήσεις με όργανα τοποθετημένα στο εσωτερικό τους, για να μετρούν τη θερμοκρασία στο ανώτερο στρώμα εδάφους, αλλά και πιο βαθιά στο υπέδαφος. Το δίκτυο αυτό έδειξε ότι τα εδάφη της τούνδρας θερμαίνονται αργά, αλλά συνεχώς τις τελευταίες δεκαετίες, φτάνοντας σε νέα ρεκόρ το 2014 και το 2015, σε πολλές περιοχές. Οι πιο μεγάλες αλλαγές συνέβησαν εκεί που η θερμοκρασία εδάφους ήταν πιο χαμηλή και κυμαινόταν από -10 έως -5 βαθμούς Κελσίου, ενώ τώρα κυμαίνεται μεταξύ -2 και 0 βαθμών.

Πόσο μέρος του παγωμένου εδάφους θα ρευστοποιηθεί είναι μόνο μια παράμετρος της εξίσωσης. Χρειάζεται να ξέρουμε και πόση οργανική ύλη περιέχει το έδαφος αυτό. Οι μετρήσεις που έχουν γίνει έως τώρα δίνουν ένα μέσο όρο 50 κιλών οργανικού άνθρακα σε κάθε κυβικό μέτρο του ανώτερου στρώματος εδάφους. Η ποσότητα αυτή είναι 5 φορές περισσότερη από εκείνη που υπάρχει σε εδάφη τούνδρας στην ίδια περιοχή, που δεν είναι παγωμένα και 100 φορές περισσότερη απ' όση υπάρχει στα φυτά που καταφέρνουν να επιβιώνουν στην επιφάνεια της αρκτικής. Τα ανώτερα 3 μέτρα εδάφους της τούνδρας περιέχουν το 50% του άνθρακα που υπάρχει στα ανώτερα 3 μέτρα εδάφους όλων των μη αρκτικών περιοχών, παρότι η ζώνη της τούνδρας αποτελεί μόνο το 15% του συνολικού εδάφους της Γης.

Για την εκτίμηση του ρυθμού έκλυσης αερίων του θερμοκηπίου πρέπει να συνυπολογιστούν τρεις παράγοντες. Καταρχάς, πόσο μέρος του άνθρακα στα παγωμένα εδάφη είναι δυνατό να μετατραπεί σε αέριες ενώσεις του. Οι μικροοργανισμοί μπορούν να μεταβολίσουν ένα μέρος του άνθρακα, αλλά όχι όλον. Παραπέρα, πόσο γρήγορα μπορεί να γίνει το πέρασμα του άνθρακα σε αέριες ενώσεις του. Ενα μέρος μπορεί να εκλυθεί γρήγορα, αλλά τις οργανικές ενώσεις που έχουν μισοαποδομηθεί οι μικροοργανισμοί τις μεταβολίζουν πολύ πιο αργά. Τέλος, ποια είναι η αναλογία διοξειδίου του άνθρακα και μεθανίου που παράγεται από τους μικροοργανισμούς στις συνθήκες της τούνδρας. Το ερώτημα αυτό έχει μεγάλη σημασία, επειδή το μεθάνιο είναι 33 φορές πιο επιβαρυντικό από το διοξείδιο του άνθρακα, όσον αφορά το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Σε αεροβικές συνθήκες (πλούσιες σε διαθέσιμο οξυγόνο) τα μικρόβια παράγουν περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα, ενώ σε αναερόβιες, όπως στους υγρότοπους, παράγουν περισσότερο μεθάνιο. Μετά από επιτόπιες μετρήσεις, πειράματα στο εργαστήριο και σύνθετους υπολογισμούς οι επιστήμονες φαίνεται να συγκλίνουν ότι συνολικά, η επιβάρυνση από διοξείδιο του άνθρακα που εκλύεται από την τούνδρα, είναι δυο φορές πιο μεγάλη από εκείνη που προκαλείται από το εκλυόμενο μεθάνιο.

Σύμφωνα με τους ειδικούς του Δικτύου Ανθρακα των Παγωμένων Εδαφών της Τούνδρας, μέσα στον 21ο αιώνα θα εκλυθεί με τη μορφή αερίων του θερμοκηπίου (κυρίως διοξειδίου του άνθρακα) περίπου το 10% του άνθρακα που υπάρχει εγκλωβισμένος σε αυτά τα χώματα, δηλαδή γύρω στα 145 δισεκατομμύρια τόνοι πρόσθετης επιβάρυνσης της ατμόσφαιρας με άνθρακα. Η ποσότητα αυτή είναι συγκρίσιμη με εκείνη που προέρχεται από την αποψίλωση των δασών και άλλες αλλαγές χρήσης εδάφους, αλλά πολύ μικρότερη από εκείνη που εκλύεται από τα ορυκτά καύσιμα. Δεν υπάρχει ρεαλιστικός τρόπος περιορισμού των εκπομπών από την τούνδρα, πέρα από αλλαγές σε άλλους τομείς (αποψίλωση και καύσιμα) που θα οδηγήσουν σε επιβράδυνση της αύξησης της μέσης θερμοκρασίας.

Ενα κρίσιμο ερώτημα είναι κατά πόσον ο αυξημένος ρυθμός ανάπτυξης της βλάστησης μπορεί να εξισορροπήσει τις εκλύσεις αερίων του θερμοκηπίου από την τούνδρα. Πρόσφατες προσομοιώσεις σε υπολογιστή, δείχνουν ότι η διεύρυνση της περιόδου ανάπτυξης των φυτών, οι υψηλότερες θερμοκρασίες, η μεγαλύτερη διαθεσιμότητα θρεπτικών υλικών από τα εδάφη που αποσυντίθενται και η φυσική τάση προς φυτά και δέντρα που αναπτύσσονται πιο γρήγορα, μπορεί να εξισορροπήσει αυτές τις εκλύσεις, τουλάχιστον έως το τέλος του αιώνα. Αυτό το συμπέρασμα, όμως, φαίνεται να έρχεται σε σύγκρουση με μετρήσεις σε περιοχές της βόρειας Αμερικής, όπου χρόνο με το χρόνο διαπιστώνεται καθαρή απώλεια άνθρακα από το έδαφος. Μια παράμετρος που ακόμη δεν έχει μελετηθεί καλά είναι οι συνέπειες από την υποχώρηση του εδάφους, καθώς ρευστοποιείται. Το στράγγισμα και η υποχώρηση του εδάφους οδηγεί σε πιο απότομη ρευστοποίηση του γύρω εδάφους που παραμένει παγωμένο.

Η πρώιμη υποχώρηση των πάγων κάθε χρόνο στον Αρκτικό Ωκεανό, το πρώιμο λιώσιμο των πάγων στη Γροιλανδία και στις κορυφές των ψηλών βουνών του βόρειου ημισφαιρίου είναι ανησυχητικά δεδομένα. Οι εκλύσεις αερίων του θερμοκηπίου από την τούνδρα συμβαίνουν ήδη. Μπορεί να μη γίνονται τόσο απότομα, έχοντας ανάλογη απότομη επίδραση στο κλίμα, όσο φοβούνταν κάποιοι επιστήμονες, αλλά θα συνεχίσουν να συμβαίνουν επί δεκαετίες, συμμετέχοντας στη διαδικασία της αργής θέρμανσης της ατμόσφαιρας, των ωκεανών και της ξηράς στον πλανήτη.