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永久冻土融化是全球气候变化不确定性的根源

在以往的研究报告或科普文章中,人们得出结论,北极永久冻土的消融将加剧全球变暖的步伐,其中许多是出于经验和外观,因为随着冻土层的消融,确实会释放出大量的二氧化碳和甲烷。例如,今年春天,在俄罗斯西伯利亚苔原带,研究人员发现了7000多个随时可能爆炸的甲烷气泡,这是一个很好的证明,甲烷的温室效应能力是二氧化碳的两倍。然而,在目前研究人员普遍使用的气候模型中,很少考虑从永久冻土中释放碳(二氧化碳和甲烷等)。

冻土融化与全球气候变化关系的预测模型的构建,不确定性的根源在于冻土本身的融化,这将改变地球碳循环的周期性。具体来说,它影响了地球土壤、空气和水中碳的交换过程,有两个相反的过程。

第一个方面是增加碳的排放,主要包括冰冻碳气体,随着冻土层的融化直接排放到空气中。同时,随着土壤的解冻,生活在土壤中的细菌、真菌等微生物也会消耗暴露的有机物,并将新陈代谢的碳产物排放到大气中。温度的升高更有利于这些微生物的生长繁殖,最终导致全球气候更加温暖,形成恶性循环。

第二个方面是减少碳的排放。通常,植物在温暖的温度和富含碳的空气中生长得更好。因此,随着温度的升高,冻土区域的植被覆盖率会增加,然后从空气中吸收更多的碳。当植物死亡时,一些碳会被埋葬并沉积在土壤中。

至于永久冻土消融对气候的影响,关键是知道上述两个机制过程中谁会占上风。要做到这一点,真的很难。

在过去的20年里,一些研究机构在北极圈附近的阿拉斯加德纳利国家公园进行了长期持续的研究,以监测土壤和空间之间的二氧化碳交换,以确定哪种机制最终成为赢家。

今年春天,研究小组得出初步结论,土壤微生物正在取得压倒性胜利,即植物生长过程中吸收的二氧化碳难以超过该地区永久冻土中碳的释放。这一结果表明,该地区的永久冻土已成为解冻过程中二氧化碳的净来源。

如果你想更准确地研究本世纪和更长时间后永久冻土释放的碳量,你还需要做更多的工作。一个可能有效的方案是利用地球上空的卫星,从高空大规模监测北极永久冻土的变化,然后通过模型和相关参数的监测数据,推导出冻土融化释放的净碳量,比在地面上设置多个监测点要高效准确得多。

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