北极多年冻土区在过去35年间消失了3.5万个湖泊

北极多年冻土区在过去35年间消失了3.5万个湖泊中山大学和山东师范大学极地遥感联合团队聚焦北极生态环境领域，采用卫星遥感技术对过去35年间在北极多年冻土区发生的3.5万余起湖泊排水事件进行了监测，发布了包含高精度时空信息的北极排水湖泊数据集，并对排水后的湖盆植被动态进行了量化分析，揭示了影响湖泊排水和湖盆植被生长的关键环境因子。11月15日，相关成果发表于《自然-通讯》。“该研究拓展了学界对北极湖泊动态和北极变绿现象的理解，对预测未来的北极湖泊变化具有重要意义，并为制定有针对性的北极生态环境保护策略提供了科学基础。”论文通讯作者、中山大学极地研究中心主任程晓告诉《中国科学报》。北极多年冻土区排水湖泊，左下角可见排水通道。（DaveSwanson摄影）湖泊排水后，湖盆植被迅速生长（SergeyLoiko摄影）发掘“趋势”背后的事件湖泊是北极生态系统的重要组成部分，为偏远的北极社区供水，为野生动物提供栖息地，并在碳循环和区域能量平衡中发挥着重要作用。卫星观测表明，过去20年间北极地区的地表水域面积呈现干涸的趋势，这与已有的理论模型的模拟结果相悖。已有的研究中，对北极湖泊排水事件的认识还停留在现象分析的层面，存在空间范围局限、时间跨度短、缺乏连续观测和量化分析等问题，导致湖泊排水事件的时空规律及影响因素仍不清楚。“受北极变暖影响，多年冻土中固态的冰楔会融化成液态水，为地表水系补充水源。因此，理论上普遍认为北极地区在未来会变得越来越湿润。但事实上，在湖泊密布且土壤富含地下冰的北极沿海低地地区，冰楔融化伴随的地表沉降会导致湖岸倾覆和排水通道的形成，造成湖泊在数周甚至数天内消失。这一过程就是多年冻土区特有的湖泊排水事件。”论文第一作者、山东师范大学地理与环境学院陈雅婷副教授介绍说。为了深入发掘北极干涸趋势背后的湖泊排水事件，团队利用多源卫星遥感数据产品与先进的时间序列分割和变化检测算法，生成了当前分布范围最广、时间跨度最长且精度最高的湖泊排水事件数据集，为理解北极湖泊变化背后的驱动因素提供了详实的基础数据支持。“与以往的研究不同，我们采用的是基于湖泊对象而不是基于影像像元的分析方法，这让我们得以从整个北极多年冻土区的约583万个湖泊中，识别出35337起湖泊排水事件，并实现湖泊尺度的排水概率分析以及排水年份的精确检测，从而呈现不同尺寸、不同地貌类型和不同起源的北极湖泊在排水概率方面的差异。”论文共同通讯作者、山东师范大学地理与环境学院青年教师刘奥博博士说。揭秘“北极绿洲”的兴起在湖泊排水后，北极植被开始在排水湖盆中定植，使地貌从裸露的湖盆沉积物逐步转变为苔原。由于排水湖盆比周边区域要更加湿润且泥土中富含营养元素，植被在排水湖盆中快速生长，迅速达到周边植被的绿度水平，并且可能会向着更高产群落的方向演替。“我们最早在2021年的案例研究中就发现了这一现象，发表后引起了学界广泛的兴趣，但考虑到植被动态的时空异质性，一直无法给出具有普适性的结论来。”陈雅婷介绍说，“这次在对整个北极多年冻土区湖泊排水事件监测的基础上，我们发现，排水湖盆植被比周边更绿是一个普遍现象”。排水湖盆是北极变绿的热点区域，提高了生态系统的多样性。排水湖盆形成了处于不同演替阶段的生境镶嵌，从而推动苔原植被中的物种间竞争，对苔原生态系统的植被组成、丰度和分布产生深远的影响。通过跟踪排水湖盆的植被动态，研究揭示了不同环境条件下排水湖盆植被动态的空间变异性，发现热融湖泊、面积较大和排水比例较高的北极湖泊中的植被生长状态更好。另外，该研究量化了环境因素对预测排水湖盆植被动态的影响，发现温度和洪水是关键的环境制约因素。这些发现有助于将排水湖盆作为生态热点镶嵌区进行管理，并促进未来的北极生物多样性保护工作。更深远的影响未来，随着北极的持续变暖，多年冻土区活动层厚度逐渐加深，冻土不连续性增加，预计将导致更频繁的湖泊排水事件。排水事件会降低湖泊的蓄水能力，影响当地的水文状况。大型湖泊和湖泊群的排水可能引发洪水等次生灾害，且因春夏季的融雪高峰而呈现出周期性的洪峰。此类水文事件会对北极地区的道路和管道等基础设施造成不利影响。随着越来越多的湖泊被排干，许多北极社区和原住民获取清洁淡水的途径可能会变得更加困难。候鸟和水生生物等依赖湖泊生境生存的物种也受到威胁。例如，在靠近阿拉斯加地区的圣劳伦斯岛上，观测发现近1/4的湖泊在2018年以后都发生了排水，同一时期周边海冰的覆盖率也达到历史最低水平，海鸟普遍死亡，表明当地的气候条件可能已经达到临界点。湖泊排水会影响区域水文和生态，同时还会对碳平衡产生复杂的反馈作用。湖泊排水后，原本被淹没的土壤有机物暴露在空气中，减少湖底微生物因厌氧呼吸产生的甲烷排放，并为苔原植被的生长提供了空间。除了直接的减排固碳效益，植被生长还带来了包括增强冻土稳定性、防止水土流失、改善水质、为野生动物创造栖息地、增加生物多样性以及支持土著畜牧活动等一系列的环境效益。“未来，我们将扩展卫星遥感技术在极地地区的应用，比如利用我国自研的陆地生态系统碳监测卫星，结合我们的湖泊排水事件数据集，监测关键排水湖盆的碳源汇变化。同时，利用高分辨率的无人机技术加强监测，深入探析不同类型湖泊的排水机制。我们还将进一步思考如何把现有知识与地球系统模式提供的未来预测相结合，探索各种未来情景下北极地区的湖泊变化和植被动态，并评估其对北极温室气体排放和国际碳中和战略的影响。“程晓说。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43207-0...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397235.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397235.htm

新研究：雷暴加速北极海冰融化并产生循环效应

新研究：雷暴加速北极海冰融化并产生循环效应以色列特拉维夫大学等机构组成的一个国际研究团队近日发现，在全球变暖趋势下，雷暴加速了北极海冰的融化进程，而海冰融化又会增加雷暴数量。特拉维夫大学日前发布的公报显示，研究人员搜集了2010年以来北极地区每年夏季6月至8月的闪电数据，并与该地区海冰消退情况进行比较，结果发现，北极地区年度雷暴次数与该年海冰融化的速度之间存在明显关联。由于全球变暖的趋势在持续，研究人员预计，未来几年北极地区雷暴的频率将增加，与此同时北冰洋海冰的消退速度也会加快。

由冰到铁：阿拉斯加"生锈"的河流与永久冻土融化效应

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RossWalter和MichalaGarrison使用美国地质调查局的Landsat数据拍摄。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415181.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415181.htm

研究表明，随着全球气候变暖，北极病毒存在“溢出风险”

研究表明，随着全球气候变暖，北极病毒存在“溢出风险”法新社18日报道称，科考队在加拿大黑曾湖地区进行采样，黑曾湖是全部水体位于北极圈以内的面积最大的湖泊。科考队收集的样本包括冰川融水形成河流的河床土壤，也包括黑曾湖本身的湖床土壤。科学家指出，病毒需要宿主进行复制传播，宿主可能是人类、动物、植物或真菌。某些情况下病毒可能在不同宿主之间跳跃，从而实现跨物种传播。事实上，科学界一直对气候变暖造成极地冰雪融化、进而释放“沉睡病毒”的风险保持警惕。去年俄罗斯《莫斯科时报》指出，俄罗斯变暖速度比世界其他地区快3倍。俄罗斯西伯利亚地区冻土融化，可能会释放未知的病毒。此外，类似的风险也存在于其他高寒地区。据“中时新闻网”报道，去年美国俄亥俄州立大学研究人员在《微生物组》期刊上发表报告，介绍对2015年中美联合科考队从青藏高原冰川中钻取冰核样本展开研究的发现。研究人员在其中两个冰川样本中发现多种未知病毒，这些病毒已存在近1.5万年。#船新版本生化乱斗频道投稿:@ZaihuaBot订阅频道:@TestFlightCN

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JoanmarieDelVecchio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MarisaPalucis和工程学教授ColinMeyer。DelVecchio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JoanmarieDelVecchio（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：MuluFratkin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。DelVecchio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。DelVecchio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。DelVecchio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。DelVecchio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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418299.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418299.htm

北极永久冻土已成温室气体净来源

北极永久冻土已成温室气体净来源瑞典和美国科学家对北极地区所有三种主要温室气体进行评估，发现北极永久冻土区域向大气排放的碳比吸收的碳多，导致地球进一步变暖。相关论文发表于最新一期《全球生物化学循环》杂志。在最新研究中，北欧区域研究所团队发现永久冻土区从碳汇转变到碳源。2000年至2020年间，该地区每年排放1.44亿吨碳。该地区同期还排放了甲烷，以及每年排放300万吨氮，其中部分以一氧化二氮的形式排放，这是一种更强大的温室气体。研究人员表示，永久冻土地区是大气温室气体的一个新来源，现有全球气候模型没有完全考虑到这一点。(科技日报)