全球变暖的新威胁：北极永久冻土的“碳炸弹”

全球变暖的新威胁：北极永久冻土的“碳炸弹” 但是，永久冻土也是一个日益脆弱的大量碳库。根据研究人员的计算，随着气候变化对北极永久冻土层的削弱，全球每升温 1.8华氏度（1摄氏度），随着极地水道的扩张和融化土壤的搅动，释放的碳相当于 3500 万辆汽车一年排放的碳量。景观动态与研究动机第一作者 Joanmarie Del Vecchio 作为达特茅斯大学的 Neukom 博士后研究员领导了这项研究，她的顾问和研究共同作者是地球科学助理教授 Marisa Palucis 和工程学教授 Colin Meyer。Del Vecchio 说："我们从根本上理解了物理学，但当事物开始冻结和解冻时，很难预测哪一方会获胜。如果山坡赢了，它们就会掩埋土壤中的碳。但如果气候变暖，河道突然开始获胜，我们就会看到大量的碳被释放到大气中。这很可能会形成变暖的反馈回路，导致释放更多的温室气体。"达特茅斯大学的研究人员试图了解为什么北极流域的河流面积往往小于气候温暖地区的流域。第一作者 Joanmarie Del Vecchio（如图）在阿拉斯加进行实地考察时，从河边的工作地点徒步上山，看到陡峭的山坡上没有河流或溪流，于是萌生了这项研究的想法。图片来源：Mulu Fratkin研究人员试图了解为什么北极流域（河流及其相连水道的总排水面积）的河流面积往往小于气候温暖地区的流域，因为气候温暖地区的流域可能拥有遍布地表的大量支流。Del Vecchio 现在是达特茅斯大学的访问学者和威廉与玛丽学院的助理教授，她于 2019 年在阿拉斯加进行实地考察时萌生了这项研究的想法。她从河边的工作地点徒步上山，看到的是没有河流或溪流阻隔的陡峭山坡。Del Vecchio 说："似乎是山坡赢了，水道输了。我们想测试是否是温度塑造了这一地貌。我们很幸运，在过去几年中获得了大量的地表和数字高程数据。几年前我们不可能完成这项研究。"研究结果与分析研究人员利用卫星和气候数据研究了北半球从北回归线上方到北极的 69000 多个流域的深度、地形和土壤条件。他们测量了每条河流的河道网络在其流域内所占的土地比例，以及河谷的陡峭程度。在分析的流域中，有 47% 是由永久冻土形成的。与温带流域相比，这些流域的河谷更深、更陡，河道所占的周围地形面积减少了约 20%。研究人员报告说，尽管冰川历史、背景地形陡峭程度、年降水量和其他因素存在差异，但这些相似之处都会影响水和土地的推拉作用。北极流域的形成有一个共同点永久冻土。Del Vecchio 说："无论如何，河道更大、更丰富的地区都更温暖，平均气温更高，永久冻土更少。在有永久冻土的地区需要更多的水来开凿山谷。"研究显示，永久冻土限制了北极河流的足迹，也使其能够在冰冻的土地中储存大量的碳。为了估算这些流域因气候变化而释放出的碳量，研究人员将永久冻土中储存的碳量与地面解冻和北极河流蔓延时冲刷造成的土壤侵蚀量结合起来。气候变化影响与未来关切研究表明，北极地区的温度已经比工业化前水平升高了3.6华氏度（2摄氏度）以上，也就是大约自1850年以来。她说，据科学家估计，如果目前的温室气体排放得到控制，到2100年，北极永久冻土的逐渐解冻可能会释放出220亿至4320亿吨二氧化碳，如果不这样做，则会释放出高达5500亿吨二氧化碳。据国际能源机构估计，2022 年的能源消耗向大气中排放的二氧化碳超过 360 亿吨，创历史新高。Palucis说，北极适应寒冷的时间太长了，以至于科学家们几乎不知道，如果永久冻土加速融化，会释放出多少碳，或者碳释放的速度有多快，他的研究小组将北极作为火星的替身，研究红色星球的表面过程。他的研究小组将北极作为火星的替身，研究红色星球的地表过程。虽然北极在过去经历过变暖，但可怕的是现在变暖的速度如此之快。地貌必须迅速做出反应，这可能会造成创伤。在一次北极研究旅行中，她看到一块小楼大小的基岩从悬崖上断裂。造成断裂的罪魁祸首是渗入岩石并使其变得脆弱的小股水流。这是一种适应寒冷条件的地貌，因此当你改变它时，即使是少量的水流通过岩石，也足以引起实质性的变化。她说："我们对北极地貌的了解或多或少与 100 年前对温带地貌的了解相同。这项研究迈出了重要的第一步，表明我们对温带流域的模型和理论无法应用于极地地区。在了解这些地貌方面，这是一扇全新的大门。"从北极地区采集的沉积物岩芯显示，大约1万年前有大量的土壤径流和碳沉积，这表明当时的北极地区要比现在温暖得多。如今，宾夕法尼亚州和美国大西洋中部等地区位于冰河时期冰川最远的南面，预示着现代北极地区的未来。Del Vecchio 说："我们有一些过去的证据表明，当气候变暖时，大量沉积物被释放到海洋中。现在，我们的论文提供了一个快照，显示随着气候变暖，北极会有更多的水道。但这一切都不等于说，'这就是当你把一个寒冷的地貌迅速升温时会发生的事情'，我不认为我们知道它会如何变化"。编译来源：ScitechDaily ... PC版：手机版：

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研究发现永冻土塌陷地区因气候变暖而排放的二氧化碳明显多于非塌陷地区访问：Saily - 使用eSIM实现手机全球数据漫游安全可靠源自NordVPN 在高纬度和高海拔地区，气温升高大大加速了永久冻土的融化。大约 20% 的北部永久冻土地区会发生突然融化，即所谓的热冻土，但这一地区含有大约一半的地下有机碳。突然融化会极大地改变地貌以及土壤的物理和生物特性，从而严重影响生态系统内的碳循环。青藏高原的热喀斯特地貌。图片来源：Guanqin Wang以往的研究未能解决气候变暖对土壤二氧化碳通量的影响在热卡岩地区和非热卡岩地区是否存在差异的问题。为了填补这一知识空白，中国科学院植物研究所杨元合教授及其团队探索了热卡岩的形成如何改变土壤对气候变暖的响应。他们的研究采用了多种方法，包括在热喀斯特地区和非热喀斯特地区进行的重复性良好的升温实验。他们发现，恒温喀斯特地区的气候变暖引起的二氧化碳释放率是非恒温喀斯特地区的约 5.5 倍。研究小组分析了 30 多个可能影响气候变暖导致二氧化碳释放增加的潜在因素。他们得出的结论是，温带沼泽地区的反应增强主要是由于土壤基质质量较差，以及存在较多参与分解有机碳的微生物基因。对沿 550 千米永久冻土带的六个受热卡斯特影响地点的土壤进行的其他培养实验也证实，热卡斯特的形成大大提高了二氧化碳释放的温度敏感性，突出表明了这些土壤对气候变暖的强烈反应。杨教授强调了他们研究结果的广泛意义，他说："作为对其全球重要性的初步探索，将土壤二氧化碳通量的变暖响应推断到北半球所有高地热卡地区，可能会有额外的0.4 Pg C 年-1的土壤碳释放，这大约是预计到 21 世纪末永久冻土土壤碳损失的四分之一。这项研究不仅揭示了永久冻土对气候变暖的动态反应，而且有助于完善对未来永久冻土碳-气候反馈机制的预测。编译来源：ScitechDaily ... PC版：手机版：

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研究人员没有发现任何与永久冻土相关的全球气候临界点的证据阿尔弗雷德-魏格纳研究所（Alfred Wegener Institute）领导的一项最新研究显示，根据最新的科学证据，这种描述具有误导性。根据他们的研究结果，并不存在单一的全球临界点；相反，存在许多地方和区域临界点，它们在不同的时间"临界"，产生累积效应，导致永久冻土随着气候变化而融化。因此，如果我们的目标是尽可能多地保护永久冻土，那么今天采取果断行动就显得尤为重要。这项研究刚刚发表在《自然-气候变化》杂志上。永久冻土覆盖了北半球约四分之一的陆地，以植物死亡物质的形式储存了大量有机碳。只要处于冰冻状态，这些物质就会保持完好无损，但当永久冻土解冻时，微生物就会开始分解这些物质，并以二氧化碳和甲烷的形式将大量碳释放到大气中。因此，全球气温的升高可能会激活这个巨大的碳库，并通过额外的排放大大加剧气候变化。因此，在公开辩论中，你经常会听到"碳定时炸弹"的说法。赫歇尔岛被侵蚀的悬崖。阿尔弗雷德-魏格纳研究所（Alfred Wegener Institute）亥姆霍兹极地与海洋研究中心（AWI）通过资助名为"海岸永冻土侵蚀"的青年研究员项目，开始在加拿大北极地区西部进行研究。图片来源：阿尔弗雷德-魏格纳研究所 / Boris Radosavljevic这是基于这样一种假设，即永久冻土与格陵兰冰盖一样，是地球系统中几个临界要素之一。根据这种观点，永久冻土最初只会随着全球变暖而逐渐融化；然后，一旦超过临界阈值，融化过程将突然开始相互放大，导致整个北极地区的永久冻土迅速和不可逆转地坍塌。尽管许多人推测这种解冻情况是可能发生的，但迄今为止，人们仍不清楚是否真的存在这样的临界值，如果存在，相应的温度极限是多少。由阿尔弗雷德-魏格纳研究所、亥姆霍兹极地与海洋研究中心（AWI）的扬-尼茨本（Jan Nitzbon）博士领导的一个国际研究小组现在已经找到了这个问题的答案。"事实上，永冻土是全球临界要素这一观点在研究界颇具争议。政府间气候变化专门委员会在其最新评估报告中也指出了这一不确定性，"AWI 专家说。"我们的目标是填补这一知识空白。在我们的研究中，我们汇编了有关可影响和加速永久冻土融化过程的现有学术文献。结合我们自己的数据分析，我们评估了目前关于解冻过程的所有研究结果，以确定这些过程是否会导致自我延续的解冻，并因此导致与一定程度的变暖相关的'临界点'，如果会，则以何种空间尺度（地方、区域、全球）进行评估"。这项研究的结果很清楚：确实有一些地质、水文和物理过程在自我放大，在某些情况下甚至是不可逆的；但是，这些过程只在局部或区域内发生作用。其中一个例子是：形成了所谓的热喀斯特湖泊。在这里，永久冻土层内的冰融化，形成洼地。融水汇集到洼地表面，形成一个吸收大量太阳能的暗湖。这反过来又加剧了水下永久冻土的变暖，在湖内和周围形成了一个自我维持的解冻过程。他们还在其他与永久冻土相关的过程中发现了类似的放大反馈，如火灾导致北方针叶林的消失，但在这里也只是在局部到区域范围内。扬-尼兹邦解释说："没有证据表明，在一定程度的全球变暖的情况下，会出现自我放大的内部过程，从而影响所有永久冻土，并在全球范围内加速其融化。此外，预计释放的温室气体也不会导致本世纪末全球变暖。因此，将永久冻土描绘成全球临界点是一种误导。"但这并不意味着北极的永久冻土没什么好担心的相反，研究清楚地表明，永久冻土带是非常不均匀的。因此，许多小的局部临界点将在不同的时间和升温水平被突破，并随着时间的推移不断累积。因此，全球永久冻土的解冻不会是逐渐增加，然后突然激增；相反，它会随着全球变暖而加剧，一旦全球变暖达到 5 至 6摄氏度，永久冻土就会完全消失。"这意味着越来越多的地区已经或即将不可避免地受到解冻的影响。"换句话说，没有变暖的安全系数就像临界点的形象所暗示的那样只要不超过临界值，我们仍然可以利用。这就是为什么我们需要通过更好的监测来密切关注永久冻土地区，更好地掌握相关过程，并将其体现在气候模型中，以进一步减少不确定性来源。对于以温室气体排放为基础的永久冻土流失，还有一点是明确的：人类越早实现净零排放，就有越多的地区可以作为独特的栖息地和碳库得到保护"。编译来源：ScitechDaily ... PC版：手机版：

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由冰到铁：阿拉斯加"生锈"的河流与永久冻土融化效应 2023 年 7 月 23 日大地遥感卫星 9 号上的陆地成像仪-2 号拍摄的Tukpahlearik溪卫星图像、研究人员怀疑，永久冻土融化也是导致阿拉斯加数十条溪流变成橙色的原因。研究人员发现，与附近清澈的河流相比，阿拉斯加的溪水除了外观怪异外，往往含铁量更高、溶解氧更低，酸性也更强。永冻土的定义是连续两年或两年以上存在于 0 °C 或 0 °C 以下的土壤、岩石和任何其他地表下的地球物质。目前北半球（北纬 20° 至北纬 90°）的永久冻土地图是根据国际永久冻土协会于 1997 年绘制的这幅地图绘制的。资料来源：国际永久冻土协会Tukpahlearik 溪就是这样一条呈现新色调的溪流。2023 年 7 月 23 日，陆地卫星 9 号的 OLI-2（陆地成像仪 2 号）拍摄到了这条锈迹斑斑的溪流。这条小溪流经阿拉斯加西北部，毗邻科布克山谷国家公园，位于北极圈以北。关于这些溪流呈现橙色并改变化学成分的确切原因仍有争议，但已经出现了几种假说。一种假说认为，细菌在解冻的永久冻土中消化动植物物质时，与甲烷一起产生一种还原的可溶性铁。当这些铁到达流淌的溪流时，就会变成含氧铁或"铁锈"，使水变成橙色。这张 1997 年永久冻土地图的第二版地图于 2012 年 2 月 21 日更新，经过数字化和简化，显示了连续永久冻土、不连续/零星永久冻土、孤立的永久冻土区以及冰原和冰川。资料来源：国际永久冻土协会另一种与细菌过程并不排斥的观点认为，水在解冻的永久冻土层下遇到了富含硫化物矿物质的基岩，这很可能是几千年来从未发生过的事情。随之而来的化学反应使水中硫酸成分激增，酸性水可能会浸出岩石中的重金属，并将它们带到下游。这些过程与采矿活动污染附近水体的过程类似。水化学的改变会降低鱼类、小型水生动物和昆虫幼虫的栖息地。沉淀的铁会阻碍鱼类的呼吸，窒息鱼卵等。水质的急剧变化可能会让那些依靠发源于永久冻土地区的河流获取鱼类和饮用水的村庄感受最深。美国国家航空航天局地球观测站的图片，由 Ross Walter 和 Michala Garrison 使用美国地质调查局的 Landsat 数据拍摄。编译来源：ScitechDaily ... PC版：手机版：

酸性岩石正在将阿拉斯加的河流染成鲜艳的橙色情况不容乐观

酸性岩石正在将阿拉斯加的河流染成鲜艳的橙色情况不容乐观阿拉斯加北极之门国家公园内铁锈色的库图克河鸟瞰图。永久冻土解冻使矿物质风化，增加了水的酸度，从而释放出铁、锌和铜等金属。来自美国国家公园管理局（NPS）、美国地质调查局、加州大学戴维斯分校（UC Davis）和其他机构的研究人员发表了这一研究成果，这是他们近两年对这片面积相当于德克萨斯州的荒野地区的水进行取样和研究的结果。"我们注意到越来越多的橙色河流和溪流，"领衔作者、国家公园管理局北极编目和监测网络的生态学家乔恩-奥唐纳说。"有些地方看起来就像乳白色的橙汁。"奥唐纳于 2018 年首次在一条一年前还清澈见底的河流中观察到这一现象。但此后的卫星图像显示，早在 2008 年，就有证据表明这些远离大量人口或工矿活动的河道开始"生锈"。但是，曾经在航拍影像中出现的奇特现象，如今已经扩大到覆盖这片偏远荒野的大片区域。他说："随着时间的推移，这个问题正从小流域慢慢扩散到更大的河流。当新出现的问题或威胁出现时，我们需要能够了解它们。"去年年底，科学界逐渐达成共识，认为永久冻土融化最有可能是罪魁祸首。随着气候变暖，北极地区的冻土融化速度越来越快。在冰层中封存了数百至数千年的金属矿石在接触氧气和水后会发生反应，进而将酸和金属直接释放到邻近的河流或溪流中。就像著名的景观地貌"地狱之门"一样，西伯利亚的永久冻土融化导致整个地貌坍塌，形成一个巨大的陨石坑。虽然溪流可以自然净化，永冻土也可以冻结，但气候变化却让这一切变得更加困难。这项研究的主要研究者、加州大学戴维斯分校环境毒理学助理教授布雷特-普林（Brett Poulin）说："化学告诉我们，矿物正在风化。了解水里有什么，就能知道发生了什么。"从空中俯瞰阿拉斯加北极之门国家公园的库图克河，宛如橙色颜料洒入清澈湛蓝的河水中 Ken Hill/国家公园管理局普林和研究员泰勒-艾文格分析了一段时间内采集的样本，发现橙色河流的酸性越来越强，这是流入河流的鸡尾酒矿物质造成的。一些样本的 pH 值为 2.3，而该地区"健康"河流的平均 pH 值应为 8。他们发现，硫化物矿物的风化正在创造一个酸性和腐蚀性的环境，使更多的金属被释放出来。因此，研究小组在样本中发现了大量的铁、锌、镍、铜和镉。"我们在这些水域中看到了许多不同类型的金属，"艾文格说。"最主要的金属之一是铁。这就是导致颜色变化的原因"。阿拉斯加北极之门国家公园库图克河鸟瞰图，部分河段河水锈迹斑斑 Ken Hill/国家公园管理局那么，这对依赖于这些河流和溪流的各种野生动物，以及利用这些河流和溪流获取饮用水和鱼类的阿拉斯加农村社区意味着什么呢？科学家们还不能确定。他们希望在结束这项为期三年的研究时，能够明确这一点。奥唐纳说："这有很多影响。随着气候继续变暖，我们预计永久冻土将继续解冻，因此只要有这类矿物质的地方，溪流就有可能变成橙色，水质就有可能恶化。这些橙色溪流可能会产生问题，不仅有毒，还可能阻碍鱼类洄游到产卵区。"研究人员在研究报告中指出："这项研究首次报告了在不受土地使用影响的北极地区，因永久冻土融化而产生的酸性岩排水现象，"研究人员补充说，他们预测这可能会导致无脊椎动物和鱼类物种数量减少。被染色的河流非常大，我们可以从太空中看到它们。要想从太空中看到它们，这些河流必须被污染得很严重"。该研究发表在《自然》杂志《通讯地球与环境》上。 ... PC版：手机版：

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新研究：全球变暖致南极陨石迅速“消失” 南极的地理环境使得陨石在这里形成“搁浅区”。在这些富含陨石的地点，深色的外表使它们很容易被人类探测发现。随着全球变暖，很多陨石，特别是金属含量高、导热系数高的陨石，在太阳辐射下变暖，陨石下方的冰融化，结果陨石下沉“消失”。一旦陨石进入冰盖，即使在较浅的深度，它们就难以再被人类找到。瑞士、比利时等国研究人员组成的团队利用人工智能、卫星观测和气候模型计算预测出，全球气温每升高十分之一摄氏度，南极平均就有近9000块陨石从冰盖表面“消失”。目前，持续变暖导致南极每年约5000块陨石“消失”，这个速度是南极陨石发现速度的约5倍。据估算，到2050年，南极大约30万至80万块陨石中的四分之一将由于冰川融化而“消失”。该研究结果发表在最新一期《自然·气候变化》杂志上。 ... PC版：手机版：

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研究认为全球变暖正在破坏河流的自然流动这项研究利用基于数据的重建和最先进的模拟结果表明，现在北纬 50°以上地区的河流流量随季节变化的可能性比以前小得多，这可能与人类活动导致的气候变化直接相关。迄今为止，表明气候变化对河流流量季节性产生影响的证据仅限于局部研究，或者没有明确考虑人类带来的气候变化影响。在这项研究中，研究小组使用了 1965 年至 2014 年期间 10120 个测量站的月平均河流流量测量数据。他们有史以来第一次排除了水库管理或取水等直接的人为干预，证明河流流量季节性的普遍减少是由气候变化引起的。这项由利兹大学和中国南方科技大学资助的研究成果最近发表在《科学》杂志上。主要作者、利兹大学和中国南方科技大学的博士研究员王宏说："我们的研究表明，气温升高正在从根本上改变河流的自然流动模式。这一变化令人担忧的方面是观测到的河流流量季节性减弱，而这是历史上人为排放的直接后果。这预示着，如果气温继续上升，河流流量的季节性将持续大幅减弱"。人类对河流流量的影响人类活动正在改变全世界的河流流动模式，既有通过水库等流量调节手段直接改变的，也有通过土地利用变化和气候变化对气温、降水、土壤湿度和融雪的影响间接改变的。即使不考虑温室气体和气溶胶增加的间接影响，世界上三分之二以上的河流也已经被人类改变。河流流量的季节性在洪水和干旱的预测周期中起着至关重要的作用。这些波峰和波谷的减弱会威胁到水安全和淡水生物多样性。例如，积雪枯竭造成的大量早期融水可能很快流入海洋，从而无法供人类使用。河流流量的季节性减弱例如，由于融雪地区春季和初夏河水水位下降也会对下游的河岸植被和生活在河流中的生物产生影响。测量季节性流量研究人员发现，在北美洲北部观测到的 119 个站点中，有 40% 的站点显示河流流量季节性显著下降。在西伯利亚南部也观察到了类似的结果，32%的观测站出现了显著下降。欧洲的情况与此类似，19% 的河流测站的水量显著减少，主要集中在北欧、俄罗斯西部和欧洲阿尔卑斯山。此外，除落基山脉和佛罗里达州的河流外，美国毗连地区（北美较低的 48 个州，包括哥伦比亚特区）的河流流量季节性总体呈下降趋势。在北美洲中部，研究显示 18% 的站点出现了河流流量季节性明显下降的趋势。相比之下，研究人员发现巴西东南部 25% 的测量站的河流流量季节性明显增强，这表明水循环的变化对世界某些地区产生了不同的影响。Megan Klaar 博士是利兹大学地理学院的副教授，同时也是"世界地理"杂志的成员。water@leeds 成员梅根-克拉尔（Megan Klaar）博士是这项研究的共同作者。她说："不同季节河流流量的高低为生活在水中的物种提供了重要线索。例如，许多鱼类会利用水中的特定涨幅作为提示，向上游或海边的繁殖区跑去。如果没有这些提示，它们就无法产卵。"研究得出的结论是，有必要加快适应气候的努力，通过管理流量来保护淡水生态系统，努力重建一些正在消失的自然系统和过程。water@leeds主任约瑟夫-霍尔登（Joseph Holden）教授是王虹研究的指导老师，他补充说："很多人担心气候变化会对未来造成影响，但我们的研究表明，气候变化正在发生，气温的升高正在推动河流流量发生巨大变化。"在气候变化加速的情况下，我们应该非常关注未来的情况，并开始考虑减缓战略和适应规划，以缓解未来季节性河流流量减弱的情况，尤其是在俄罗斯西部、斯堪的纳维亚半岛和加拿大等地。"编译自:ScitechDaily ... PC版：手机版：

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