由美国国家航空航天局（NASA）科学家共同撰写的《全球生物地球化学循环》（Global Biogeochemical Cycles）杂志上的一项新研究揭示了随着北极地区气温的升高，温室气体是如何以及在何处从北部广袤的永久冻土区逃逸的。 这些从阿拉斯加到加拿大和西伯利亚的冰冻土壤中的碳含量是目前大气中碳含量的两倍，高达数千亿吨，其中大部分已被埋藏数百年。
美国国家航空航天局（NASA）的最新研究表明，在过去的20年里，由于湖泊和湿地排放的甲烷以及野火产生的二氧化碳，北极永久冻土成为温室气体的净来源。
阿拉斯加费尔班克斯以北的永冻土隧道开凿于 20 世纪 60 年代，由美国陆军寒区研究与工程实验室管理。 这里是对永久冻土--终年多年不冻的地面--进行大量研究的场所。 资料来源：美国国家航空航天局/凯特-拉姆赛尔
由斯德哥尔摩大学研究人员领导的一个国际研究小组发现，从 2000 年到 2020 年，北极的二氧化碳吸收量几乎被陆地的排放量所抵消。 最终，他们得出结论，该地区已成为温室气体的净排放源，这主要是由甲烷造成的。 虽然甲烷的寿命比二氧化碳短，但它每一个分子捕获的热量要多得多，因此成为最近全球变暖趋势的一个重要因素。
这些发现揭示了一种变化中的地貌，合著者之一、位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室的科学家 Abhishek Chatterjee 说。他说："我们知道，永久冻土地区已经捕获并储存了数万年的碳。但我们现在发现的是，气候驱动的变化正在使天平向永久冻土成为温室气体净排放源的方向倾斜。"
在这幅显示 2021 年数据的动画中，温室气体笼罩全球。 二氧化碳显示为橙色，甲烷显示为紫色。 在 100 年的时间尺度内，甲烷捕获热量的效率是二氧化碳的 28 倍。 湿地是此类排放的重要来源。 资料来源：美国国家航空航天局科学可视化工作室碳储备
永久冻土是指永久冻结了两年到数十万年的地面。 从冻土层的核心可以看到厚厚的冰土层，其中富含已死亡的植物和动物物质，可以利用放射性碳和其他技术测定其年代。 当永久冻土融化和分解时，微生物以这些有机碳为食，释放出部分温室气体。
释放永冻土中储存的部分碳可能进一步加剧气候变化。 北极地区的气温变暖速度已经是全球平均水平的两到四倍，科学家们正在了解永久冻土的融化是如何使该地区从温室气体的净吸收汇转变为变暖的净来源的。
这张地图基于美国国家冰雪数据中心提供的数据，显示了北极永久冻土的范围。 地表下的永久冻土层从最寒冷地区的连续冻土层到较为孤立和零星的冻土层不等。 资料来源：美国宇航局地球观测站
他们利用地面仪器、飞机和卫星追踪排放物。 美国国家航空航天局（NASA）的"北极-北方脆弱性实验"（ABOVE）就是其中之一，该实验主要针对阿拉斯加和加拿大西部。 然而，定位和测量地球最北部边缘地区的排放物仍然具有挑战性。 其中一个障碍是由常绿森林、无垠苔原和水道组成的环境规模庞大且种类繁多。
水槽中的裂缝
这项新研究是全球碳项目RECCAP-2工作的一部分，它汇集了不同的科学团队、工具和数据集，每隔几年对地区碳平衡进行一次评估。 作者从 2000 年到 2020 年跟踪了三种温室气体--二氧化碳、甲烷和氧化亚氮--在 700 万平方英里（1800 万平方公里）永久冻土带上的分布情况。
研究人员发现，该地区，尤其是森林，吸收的二氧化碳比释放的二氧化碳多出一小部分。 湖泊和河流排放的二氧化碳，以及森林和苔原燃烧的大火，在很大程度上抵消了这种吸收。
他们还发现，在这二十年间，该地区的湖泊和湿地是甲烷的主要来源。 它们的水涝土壤含氧量低，同时含有大量死亡植被和动物物质--这为饥饿的微生物提供了成熟的条件。 与二氧化碳相比，甲烷可以在短时间内导致气候显著变暖，然后迅速分解。 甲烷在大气中的寿命约为 10 年，而二氧化碳可持续数百年。
研究结果表明，温室气体的净变化有助于在 20 年间使地球变暖。 但在 100 年的时间里，排放量和吸收量大多会相互抵消。 换句话说，该地区正从碳源向弱碳汇徘徊。 作者指出，极端野火和热浪等事件是预测未来的主要不确定因素。
研究整合与综合结论
科学家们采用两种主要策略统计该地区的温室气体排放量。"自下而上"的方法通过地面和空中的测量数据以及生态系统模型来估算排放量。 自上而下"的方法则使用直接从卫星传感器获取的大气测量数据，包括 NASA 的轨道碳观测站-2 (OCO-2) 和JAXA（日本宇宙航空研究开发机构）的温室气体观测卫星。
关于近期（20 年）全球变暖的可能性，两种科学方法在大局上是一致的，但在幅度上有所不同： 自下而上的计算表明变暖的幅度要大得多。
查特吉说："这项研究是我们能够整合不同方法和数据集，将非常全面的温室气体预算汇总到一份报告中的首例研究之一。它揭示了一幅非常复杂的图景。"
编译自/scitechdaily