اکوسیستم‌های زمینی در قطب شمال برای قرن‌ها، به‌عنوان یک فریزر طبیعی برای کربن سیاره زمین عمل می‌کردند و مقادیر زیادی از کربن را در لایه منجمد دائمی (پرمافراست) نگه می‌داشتند، اما تغییرات ناشی از گرمایش جهانی، هزاران سال ذخیره‌سازی کربن در بخش‌های منجمد شمال را تحت تأثیر قرار داده است. این اکوسیستم‌ها به‌تدریج به عاملی برای گرمایش جهانی تبدیل شده‌اند و دی‌اکسیدکربن بیشتری را در جو آزاد می‌کنند.
تحلیل‌ها نشان می‌دهد که بیش از 30 درصد از این منطقه به‌عنوان یک منبع خالص دی‌اکسیدکربن شناخته شده است که با احتساب انتشار ناشی از آتش‌سوزی‌های جنگلی به 40 درصد افزایش می‌یابد. محققان با استفاده از داده‌های نظارتی از 200 سایت مطالعاتی از سال 1990 تغییرات سریع در جنگل‌های شمالی، تالاب‌ها و توندراهای قطب شمال را بررسی کرده‌اند و برای نخستین بار شاهد چنین تغییراتی در مقیاس بزرگ و به‌طور تجمعی در کل توندرا بوده‌اند.
این تغییرات با سبزتر شدن قطب شمال رخ می‌دهد؛ در بعضی مناطق آلاسکا، هنگامی که پرمافراست ذوب می‌شود، گیاهان بیشتر رشد می‌کنند و موجب افزایش ذخیره‌سازی کربن می‌شوند، اما با ادامه ذوب پرمافراست، میکروب‌ها غالب می‌شوند و در نتیجه کربن بیشتری آزاد می‌شود.
این مطالعه در شرایطی انجام شده است که نگرانی‌های فزاینده‌ای درباره فرایندهای طبیعی تنظیم‌کننده آب‌وهوای زمین وجود دارد؛ فرایندهایی که خود تحت تأثیر افزایش دما قرار گرفته‌اند. اقیانوس‌ها، جنگل‌ها، خاک‌ها و سایر مخازن طبیعی کربن به‌طور تقریبی نیمی از کل انتشار گازهای گلخانه‌ای انسانی را جذب می‌کنند، اما نشانه‌هایی وجود دارد که این مخازن تحت فشار قرار گرفته‌اند.
خاک‌های منجمد قطب شمال حجم عظیمی از کربن، به‌طور تقریبی نیمی از کل کربن خاک‌های زمین را در خود ذخیره کرده‌اند که این میزان به مراتب بیشتر از کربن موجود در جو است و به همین دلیل، حفظ این کربن در خاک از اهمیت بالایی برخوردار است. با گرم‌تر شدن دما، خاک‌ها نیز گرم‌تر و مواد آلی بیشتری تجزیه می‌شوند و به این ترتیب کربن را وارد جو می‌کنند.
اکوسیستم قطب شمال که شامل سیبری، آلاسکا، کشورهای شمال اروپا و کانادا می‌شود، هزاران سال نقش مهمی در انباشت کربن و خنک کردن جو زمین ایفا کرده است، اما در حال حاضر، با گرم‌تر شدن جهان، چرخه کربن در این منطقه در حال تغییر است و نیاز به نظارت و حفاظت دقیق‌تر دارد. این یافته‌ها زنگ خطری برای آینده اکوسیستم‌های قطب شمال و تأثیرات آن بر آب‌وهوای جهانی است.