永久冻土临界点的不可逆排放

永久冻土临界点的不可逆排放

喀斯特地貌景观。 图片提供:A。Balser在北半球上游的大片土地上,冰冻的土地上有数十亿吨的碳。

随着全球温度升高,这种“多年冻土”土地融化的风险越来越高,有可能将其长期持有的碳释放到大气中。

突然的永久冻土融化是在变暖的世界中最常被讨论的“临界点”之一。 然而, 研究 这表明,尽管这种解冻已经在进行中,但可以通过缓解气候变化来减缓。

临界点

本文是为期一周的“引爆点”特别系列的一部分,在该系列中,不断变化的气候可能会使地球系统的某些部分发生突变或不可逆转的变化。

然而,不可逆转的是已经排放的和正在排放的碳的逸出。 多年冻土释放出的碳进入大气并停留在那里,加剧了全球变暖。

简而言之,在北极发生的事情不会停留在北极。

多年冻土与全球气候

永久冻土是已连续冻结至少两年的地面。 其厚度范围从不到一米到一公里以上。 通常,它位于每年都会解冻并重新冻结的“活动层”之下。

气候变暖使这个常年冰冻的土地处于危险之中。 当温度升高时,永久冻土融化–它不会融化。

有一个简单的类比:比较将冰块和冷冻鸡从冰柜中取出后会发生什么情况。 在室温下,前者会融化,留下一小撮水,但是鸡肉会融化,留下生鸡肉。 最终,那只鸡将开始分解。

当温度升高时,这正是永久冻土发生的情况。 北半球四分之一的陆地被永久冻土所覆盖,永久冻土的作用就像地球上的巨大冰柜一样,使大量有机物保持冻结状态。

永久冻土临界点的不可逆排放 全球多年冻土图, 国际永久冻土协会。 图片来源:J。Brown,J。OJ Ferrians,JA Heginbottom和ES Melnikov编辑。 1997年。多年冻土和冰层状况的Circum-Arctic地图。 华盛顿特区:与环太平洋能源与矿产资源理事会合作进行的美国地质调查局。 环太平洋地图系列CP-45,比例1:10,000,000,1张.

这种有机物质包括死去的植物,动物和微生物的残留物,这些残留物积聚在土壤中并在数千年前被冻成永冻土。

永久冻土临界点的不可逆排放 阿拉斯加福克斯附近的多年冻土隧道中的多年冻土,包括古老的骨头(左图)和有机物质(右图)。 图片提供:C。Schädel

北极的温度上升幅度超过 快两倍 作为全球平均值。 这导致多年冻土层在许多地方融化,并触发了新唤醒的微生物分解有机物质,从而将CO2或甲烷释放到大气中。

两种气体都是温室气体,但是一个世纪以来,甲烷的效力是二氧化碳的28-36倍。 但是,大气中的CO2比甲烷多,并且甲烷在大约十年的时间内被氧化为CO2。 因此,对于长期的气候变化而言,真正重要的是大气中二氧化碳浓度的变化。

多年冻土中的碳释放

那么,多年冻土在未来的碳排放中将扮演什么角色? 是否有可能触发快速解冻的临界点?

科学家估计 永久冻土中储存的碳大约是大气中循环的碳的两倍。 这大约是1460亿至1600亿吨的碳。

目前大部分已被冻结和保存,但即使哪怕一小部分释放到大气中,其排放也可能很大-可能与碳排放量相似。 其他环境通量,例如森林砍伐.

这仍然是一个 数量级 小于本世纪末燃烧化石燃料所产生的排放量。 但是,向大气中添加的每两个额外的CO2或甲烷分子都会加速气候变化,并影响整个星球及其气候。

永久冻土临界点的不可逆排放永久冻土坍塌,冰量大。 图片来源:A。Balser

就我们目前所知, 多年冻土中的碳释放是一个持续的过程 不断向大气中添加碳-因此,进一步加剧了变暖。

一旦永久冻土中的有机物分解并释放出CO2和甲烷,就无法将其重新吸收。 从这个意义上说,永冻土的融化是不可逆的,满足了临界点定义的条件之一。

然而, 最近的研究 表明如果温度上升缓慢并停止, 永久冻土融化也会减慢 –并可能因此停止 限制进一步的排放。 尽管如此,这仍需要一些时间。 多年冻土融化有点像一列重型货运火车,一旦移动,就无法立即停止。 即使踩了刹车,它也会继续向前滚动一段时间。 调研 这表明即使永久冻土融化速度减慢,排放量仍可能持续数十年至数百年。

这表明,永久冻土总体上不会转变成全新的状态-就像某些临界点一样,例如格陵兰冰原的融化。 结果,有可能防止在全球变暖停止之时进一步的排放。

但是,从目前的情况来看,多年冻土融化了 已经在北极的许多地方被观察到。 而作为最近 关于海洋和冰冻圈的特别报告政府间气候变化专门委员会 (IPCC)指出,本世纪的变暖将引起多年冻土的大量排放:

“到2100年,近地表永久冻土面积将减少2-66%, RCP2.6 和30–99% RCP8.5。 对于RCP10,这可能向大气释放100至2千兆吨的二氧化碳和甲烷,并有可能加速气候变化。”

如何增加永冻土碳释放的确定性

多年冻土碳对气候变化的最终贡献取决于多种因素:例如,多少碳将以二氧化碳或甲烷的形式排放出来,以及植物和树木可以抵消多少额外的碳释放。

永冻土的降解可能发生在从上而下的逐渐融化或融化土壤的突然崩塌。 这两个过程都会将碳释放到大气中。 自上而下的逐步融化是气温升高导致土壤从上而下融化的结果,而突然的融化则突然且不可预测地发生。

多年冻土最多可包含80%的冰。 如果冰融化-记住即使土壤没有融化,冰也会融化-地面突然坍塌,并且深层暴露在空气温度下。

地面塌陷会使景观以“热岩溶湖泊,到处都是融水,雨雪。 这些潮湿的条件可以促进释放更有效的温室气体甲烷。

在高地,多年冻土融化后,自然排水使土壤条件更加干燥,从而加速了有机物的分解并释放出大量的CO2。 的最终影响 多年冻土释放的碳会更强 当融化后大部分永久冻土带变干时。

解冻后,地形的哪个部分变湿或变干取决于地面冰的分布,但是当前的冰测量仅是零星的且具有更好的空间覆盖率,并且是最新的测量 迫切需要.

永久冻土带碳平衡的另一个重要因素是植物对碳的吸收。 问题是,融化的永冻土释放出多少碳可以被植物生长的增加所抵消? 植物从大气中吸收碳,并利用碳来生长和维持其新陈代谢。

北极的温暖状况及其所有相关变化 刺激植物生长,这意味着由于冻土的融化而增加到大气中的一些碳被植物生长的促进作用所吸收。 但是目前尚不清楚植物将抵消多少碳,也不清楚该过程的可持续性。

改善多年冻土碳释放的模型预测对于确定融化多年冻土对全球气候的总体影响至关重要。 加拿大北极圈的最新结果 结果表明,根据目前的模型预测,多年冻土的融化发生时间比科学家预期的要早得多。

目前,模型仅说明了自上而下的逐步解冻,但是 最近的估计 结果表明,突然解冻和坍塌的土壤可使永久冻土的碳释放量增加一倍。 一件事很清楚:北极的气温上升幅度越小, 多年冻土将保持冻结状态 以及 多年冻土层中将保留更多的碳.

甲烷水合物

与多年冻土融化相同的呼吸中经常提到的是与冰冻融化相关的潜在危险 甲烷水合物,也称为“ clathrates”。 这是甲烷“冰”,它是在大陆边缘海相沉积物中或多年冻土内部和之下在低温和高压下形成的。

尤其值得关注的是东俄罗斯东北部浅海沿岸地区东西伯利亚北极大陆架(ESAS)下储存的甲烷水合物。 学习 有人说,解冻的永久冻土释放出这种甲烷,使其冒泡冒出海水。 这导致了 研究 警告说,大量甲烷的逸出可能会对“气候系统造成灾难性后果”,并且 媒体报道 即将到来的“甲烷定时炸弹”。

永久冻土临界点的不可逆排放

与...交谈 Carolyn Ruppel博士,首席科学家 美国地质调查局的天然气水合物项目,她告诉我,甲烷水合物会捕集地球上约六分之一的甲烷碳,并且其中一些沉积物 实际上,现在可能会降级 随着气候变暖。 但是,她说:

“如果在天然气水合物降解过程中释放出的甲烷到达海洋,那么大部分甲烷将被水柱中的细菌消耗,而不会到达大气层。” 在多年冻土地区,降解的天然气水合物通常被深埋,因此,多年冻土融化是导致温室气体排放的更重要因素。”

Ruppel说:“尽管在解冻海底多年冻土的地区,北极大陆架可能会大量泄漏甲烷”,研究 已经表明通量率可能被高估了,泄漏的甲烷最有可能的来源不是使天然气水合物解冻。” 她补充说:

“与永久冻土有关的水合物并不广泛,通常比较浅的甲烷源更深,后者更容易泄漏到大气中。”

因此,最新研究表明 甲烷炸弹 从水合物中解冻出来的可能性不大。 然而,对于多年冻土,科学表明融化已经在进行,其释放的碳已经在为我们的气候变暖做出贡献。

关于作者

北亚利桑那大学生态系统科学与社会中心助理研究员克里斯蒂娜·谢德尔(ChristinaSchädel)博士。 她还是基于数据合成的研究计划Permafrost Carbon Network的首席协调员,以及跨部门北极研究政策(IARPC)的Permafrost协作团队的联合负责人。

这篇文章最初出现在 碳简介

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