核动力源气候变化反应融化阿拉斯加诺塔克国家保护区的永久冻土

我们已经有很短的时间来抵御气候变化的最严重影响。如果先前稳定的碳储存突然释放到大气中，这一数字可能会进一步减少。许多气候科学家担心的一个大问题是永久冻土，这种冻土覆盖了北半球大约四分之一的面积。在2018年的一份特别 告中，政府间气候变化专门委员会警告说，永久冻土给我们未来的碳足迹带来了巨大的不确定性。

这种不确定性背后的原因是储存在永久冻土中的旧碳的命运。就像燃烧化石燃料一样，从储存在地球上几千年的冻土中释放碳可以迅速使地球变暖。但是科学家不确定这些碳是主要以二氧化碳的形式释放，还是以甲烷的形式释放——一种更强的温室气体。

永久冻土是一年四季都冻结的土壤。它可以包括沙子、岩石或富含有机物的黑色土壤。从气候角度来看，这种富含有机物的土壤是最重要的。几千年来——在某些地方是几万年——植物和动物死亡、腐烂，并作为有机物成为土壤的一部分。然后，当类似堆肥的土壤冻结时，它所含的所有碳就被锁在了远离大气的地方。

这使得永久冻土成为大量的碳储存。它横跨高纬度地区大约700万平方英里，含有大约1.5万亿公吨的碳——大约是整个大气层碳含量的两倍。随着地球两极地区迅速变暖，这个商店变得越来越脆弱。

土地管理局阿拉斯加解冻的土地

当永久冻土融化时，微生物能够分解其有机物。在潮湿、通气的土壤中，这种有机物大部分转化为二氧化碳。在潮湿低氧的条件下，它被转化成甲烷，这在20年内使地球变暖的程度是二氧化碳的86倍。

研究估计，气候变暖可能会释放出本世纪储存在永久冻土中的15%的碳，所以了解这一风险是很重要的。问题是，计算冻土融化的速度和释放的温室气体是很棘手的。

等式的一部分是永久冻土融化的速度。大多数冻土融化缓慢——每年夏天，许多地方的永久冻土越来越薄。但是，有时，永久冻土的小块会在所谓的“突然解冻”中突然融化。这个过程导致土地下沉，因为它不再被冰层阻挡，侵蚀山坡，形成新的湿地和湖泊。由此形成的袋装景观被称为热岩溶。

盖蒂研究估计，气候变暖可能会释放储存在永久冻土中的15%的碳

理解突然和逐渐融化的相对量也可能揭示出二氧化碳和甲烷的产生量。纽芬兰纪念大学的气候学家玛丽莲娜·耿说，当土壤逐渐融化时，被水淹没的沉积物就位于仍然冻结的土层之上。由于没有地方让水流动，这个区域失去了氧气，促进了产甲烷细菌的工作。在突然解冻时，水分会从土壤中流失，导致更大比例的二氧化碳形成。事实上自然地球科学研究发现，在突然解冻的情况下，温室气体主要是二氧化碳，只有20%是甲烷(尽管这种气体造成了50%的变暖)。

但是正如最近的另一项研究指出的那样，对甲烷的理解还有很多。在2006年2月中旬发表的一篇论 中科学研究人员分析了18000年至8000年前的南极冰芯，这一时期是地球在最后一次冰河时代后变暖的时期。利用冰中的气穴，他们可以量化那个时期大气中存在的气体。他们寻找不含放射性碳14同位素的甲烷，这种同位素自然存在于活的和最近腐烂的物质中，但随着有机物的老化而消失。因为永久冻土含有非常古老的碳，由它形成的甲烷实际上不含碳14。如果气泡中含有这种类型的甲烷，那将表明冰川消退期经历了由永久冻土引起的甲烷激增。

但是冰芯样本中的大部分甲烷确实含有碳-14，这意味着它不是来自永久冻土和其他古老的碳储存。从那段变暖时期开始，北极变得比现在稍微暖和一点，研究人员得出结论，从永久冻土中释放出的甲烷非常少。

美国国家海洋与大气管理局地球系统研究实验室的碳循环研究员、该研究的合著者艾萨克·维蒙特说，研究结果表明，我们可能看不到其他研究指出的全球变暖导致的甲烷爆炸。“从某种程度上来说，我们可以说这些像永久冻土一样的[老碳库将保持稳定，”维蒙特说。“未来，我们不知道。”如果气温持续上升，超过上次冰川消退时观察到的温度，我们可能还会有甲烷的惊喜。

尽管我们没有经历甲烷的突然增加，但这并不意味着北极没有成为主要碳源的风险。永久冻土仍因气候变化而消失。即使大部分都变成了二氧化碳，仍然有大量的排放物从这些土地上飘过。耿说，二氧化碳相对较多并不一定更好。由于二氧化碳在大气中寿命长，它比甲烷在地球上停留和变暖的时间更长。耿在谈到《科学》杂志的研究时说:“过去冰川消退时[变暖的现象表明，储存在永久冻土中的碳是以二氧化碳而不是甲烷的形式释放出来的。”。“碳和甲烷都不是我们期待从永久冻土中释放出来的东西。”

无论是甲烷还是碳，北极额外碳污染的影响是——令人惊讶！—也很难量化。这是因为，在某种程度上，随着冰的消失，更多的植物可以生根，并开始储存碳。

但是耿和阿拉斯加大学费尔班克斯分校的永久冻土研究员亚历山大·科洛多夫仍然认为，我们正面临着一个重大的气候反馈效应:永久冻土的碳排放将使地球变暖，导致更多的排放，从而融化更多的土地，等等。科洛多夫研究阿拉斯加内陆的永久冻土，他说这个地区和莫哈韦沙漠一样干燥。他说永久性地冰有助于在夏天保持该地区土壤湿润，促进植物生长。没有冰，这些景观可能会开始看起来更像美国西南部。

耿(音译)和霍洛多夫(音译)说，预测永久冻土未来的部分问题是，永久冻土区位于偏远的苔原和北方森林之下，那里很少有人居住，进入这片荒野是一个挑战。

但是研究人员正在尽自己的一份力量来解决这个难题。基于她在格陵兰岛的实地研究，耿正在研究气温升高与冻土地带甲烷生成相应增加之间的关系。这种关系可以被整合到现有的气候模型中，她说这些模型通常缺乏关于气候反馈的信息。有了新的信息，也许我们可以更好地预测地球还能承受多少碳污染。

这很重要，因为当维蒙特和美国国家海洋与大气管理局的研究人员开始在他们的大气监测站注意到旧碳的化学指纹时，已经太晚了。虽然我们可以通过停止燃烧化石燃料来阻止甲烷的排放，但是一旦我们释放它，我们就无法阻止一个强大的自然循环。“如果你有[释放甲烷的自然资源，那就没有办法掩盖它，”维蒙特说。“如果它开始出现，就没有办法阻止它。”