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阿拉斯加北极国家公园大门的永久冻土解冻。资料来源:自然历史档案馆/ Alamy Stock Photo。M5R6R1
阿拉斯加北极国家公园大门的永久冻土解冻。 资料来源:自然历史档案馆/ Alamy Stock Photo。
客人帖子
2020年2月12日8点

帖子:永久冻土'提示点'的不可逆排放

克里斯蒂娜Schadel博士

克里斯蒂娜Schadel博士

12.02.2020 |8:00 AM
客人的帖子 帖子:永久冻土'提示点'的不可逆排放

在北半球的大片高纬度地区,冻土中储存着数十亿吨的碳。

随着全球气温上升,这片“永久冻土”正面临越来越大的融化风险,可能会将其长期储存的碳释放到大气中。

永久冻土层突然解冻是人们最常讨论的一个“引爆点”,在全球变暖的背景下,这个引爆点可能会被跨越。然而,研究这表明,虽然这种融化已经开始,但可以随着气候变化的减缓而减缓。

然而,不可逆的是碳的逸出,已经和正在排放。永久冻土释放的碳进入大气并停留在那里,加剧了全球变暖。

总之,北极发生的事情不会只留在北极。

冻土和全球气候

永久冻土是指至少连续两年被冻结的地面。它的厚度从不到一米到超过一公里。通常,它位于“活土层”之下,每年都要解冻和再冻结。

气候变暖使这片常年冰冻的土地面临危险。当温度上升时,永久冻土会融化——它不会融化。

有一个简单的类比:将冰块和冷冻鸡肉从冰箱中取出时比较。在室温下,前者会融化,留下一小池水,但鸡会被解冻,留下生鸡肉。最终,那鸡会开始分解。

这正是温度升高时永久冻土所发生的情况。北半球四分之一的陆地是永冻层,它的作用就像地球上的巨大冰箱,将大量的有机物冻结起来。

全球冻土地图,国际冻土协会。资料来源:Brown, J, O.J. Ferrians, Jr., J. a . Heginbottom和E.S. Melnikov编1997.环北极的永久冻土和地面冰条件地图。华盛顿:美国地质勘探局与环太平洋能源和矿产资源委员会合作。必威体育在线注册环太平洋地图系列CP-45,比例尺1:10万,1张

这种有机材料包括死植物,动物和微生物的残余物,其积聚在土壤中并在数千年前被冷冻到多余的冻土中。

在阿拉斯加福克斯附近的永久冻土隧道中,包括古代骨头(左图)和有机物质(右图)的永久冻土。信贷:c . Schadel

北极的气温一直在上升两倍快作为全球平均水平。这导致了许多位置的永久冻土解冻,并引发了新唤醒的微生物以将有机材料分解为释放CO 2或甲烷进入大气中。

这两种气体都是温室气体,但一个世纪以来,甲烷的温室效应是二氧化碳的28-36倍。然而,大气中的二氧化碳比甲烷多,甲烷氧化成二氧化碳的时间跨度约为10年。因此,大气中二氧化碳浓度的变化对长期气候变化至关重要。

永久冻土的碳释放

那么,永久冻土将在未来的碳排放中扮演什么角色?是否存在一个临界点,可以触发快速解冻?

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14600亿到16000亿吨碳。

目前大部分都被冻结和保存了下来,但即使只有一小部分被释放到大气中,排放量可能也会很大——可能在量级上与碳排放类似其他环境助条件,如森林砍伐

这仍然是1数量级到本世纪末,比化石燃料燃烧的排放量还要少。然而,大气中每增加一分子二氧化碳或甲烷就会加速气候变化,影响整个地球及其气候。

崩塌的永久冻土,冰量大。信贷:a .巴尔斯

就我们目前所知,冻土碳释放是一个渐进、持续的过程这会不断增加大气中的碳含量,从而进一步加剧全球变暖。

一旦永久冻土层中的有机物分解并释放出二氧化碳和甲烷,它们就再也回不来了。从这个意义上说,永久冻土层解冻是不可逆转的——满足引爆点定义的条件之一。

然而,最近的研究如果温度上升减缓并停止,永久冻土解冻的速度也会放缓——并有可能停止,因此,进一步限制排放。尽管如此,这需要一些时间。永冻土融化有点像一列沉重的货运火车——一旦开动,就不可能立即停止。甚至在踩下刹车后,它还会继续滚动一段时间。研究这表明,即使永久冻土层融化速度减缓,碳排放仍可能持续数十年至数百年。

这表明整个永久冻土不会转移到一个完全新的状态 - 就像一些绊倒点一样,例如格陵兰冰盖的熔化。结果,可以防止进一步的排放是全球变暖被停止。

但是,就目前的情况来看,永久冻土已经融化已经在北极的许多地方被观察到。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(政府间气候变化专门委员会)指出,本世纪气候变暖将导致永久冻土大量排放:

“到2100年,近地表永久冻土面积将减少2-66%RCP2.6和30 - 99%RCP8.5。这可能会向RCP8.5的大气中释放10到100亿吨的二氧化碳和甲烷,有可能加速气候变化。”

如何增加永久冻土碳排放的确定性

永久冻土中的碳对气候变化的最终贡献取决于多种因素:例如,有多少碳会以二氧化碳或甲烷的形式释放出来,植物和树木能抵消多少额外的碳释放。

多年冻土的降解可以作为逐渐的顶部解冻或解冻土壤的突然崩溃发生。两个过程都将碳释放到大气中。逐渐上下解冻是较温暖的空气温度导致土壤从上下解冻的导致,而突然解冻突然和不可预测。

Permafrost可含有高达80%的冰。如果冰融化 - 记住冰确实融化,即使土壤没有 - 地面突然坍塌,深层接触到空气温度。

崩溃的地面可以让景观肆虐“热岩溶“湖泊,充满了熔融水,雨雪。这些潮湿的条件可以促进更有效的温室气体甲烷的释放。

热岩溶景观。信贷:a .巴尔斯

在高地,冻土融化后,自然排水使土壤条件更加干燥,从而加速有机物分解,释放大量二氧化碳。最终的影响永久冻土的碳释放将会更强当永久冻土层中较大比例的冻土层在融化后变干时。

在解冻后,景观的一部分将变得更潮湿或更干燥,这取决于地面冰的分布,但目前的冰测量只是散发性和更好的空间覆盖范围,更达迄今为止的测量迫切需要

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,永久冻土融化释放的碳有多少能被植物生长的增加所抵消?植物从大气中吸收碳,并利用它来生长和维持新陈代谢。

北极的温暖条件和其所有相关变化刺激植物生长,这意味着永久冻土融化后排放到大气中的一些碳会被植物生长所吸收。但目前还不清楚有多少碳会被工厂抵消,也不清楚这个过程会持续多久。

在确定永久冻土融化对全球气候的总体影响方面,改进永久冻土碳释放的模型预测至关重要。加拿大北极的最新研究结果根据目前的模型预测,永久冻土解冻的时间比科学家预期的要早得多。

目前,模型只能解释从上到下的逐渐解冻,但是最近的估计表明土壤的突然融化和崩塌会使永久冻土的碳释放增加一倍。有一件事是清楚的:北极气温上升得越少,更加永久冻土将保持冷冻更多的碳将在永久冻土中锁定

甲烷水合物

常与永冻土解冻相提并论的是与崩解有关的潜在危险甲烷水合物,也被称为“clathrates”。这是甲烷“冰”,在大陆边缘的海洋沉积物或永久冻土内部和下面,在低温和高压下形成。

特别值得关注的是东西伯利亚北极大陆架(ESAS)下的甲烷水合物,这是俄罗斯北部的一个浅海沿岸地区。研究已经表明解冻永久冻土正在释放这种甲烷,让它冒出海水。这导致了研究他警告说,大量甲烷的泄漏可能会“对气候系统造成灾难性的后果”媒体报道即将发生的“甲烷时差”。

北冰洋

2000公里

东西伯利亚

北极大陆架

我们

俄罗斯

图形:碳简介。必威手机官网©ESRI.

在谈话卡洛琳博士晋升,首席科学家美国地质调查局天然气水合物项目她告诉我,甲烷水合物俘获了地球上大约六分之一的甲烷碳,还有一些沉积物事实上,现在可能是在堕落吗随着气候变暖。但是,她说:

“如果天然气水合物降解过程中释放的甲烷到达海洋,它将主要被水柱中的细菌消耗,而不会到达大气。在永久冻土地区,正在降解的天然气水合物通常埋得很深,因此永久冻土融化是温室气体排放的更重要因素。”

拉佩尔说,虽然“可能有大量的甲烷从北极大陆架的海底永久冻土融化区域泄漏,”研究已经表明流量速率可能被高估了甲烷泄漏的最有可能的来源不是融化的天然气水合物"她补充道:

“与永冻层相关的水合物分布并不广泛,与更容易泄漏到大气中的浅层甲烷相比,它们通常分布在更深的地方。”

所以,最新的研究表明甲烷爆炸从融化的水合物不是地平线上。然而,对于永久冻土来说,科学表明,融化已经开始,它释放的碳biwei6868已经在加剧气候变暖。

更新:这篇文章于2020年2月18日更新,增加了“货运列车”的类比和关于减缓冻土融化的额外链接。

来自这个故事的Sharelines
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