塔斯社2019年4月23日消息,俄罗斯托木斯克国立大学、瑞典于默奥大学和法国南比利牛斯天文台的科学家首次对西伯利亚北极地区的湖泊进行全面研究,以确定它们对北极气候的影响。
在西伯利亚北极地区存在大量热熔湖,其向大气中排放大量温室气体。世界各国科学家,特别是预测全球气候变化的学者对这些湖泊非常感兴趣。当前气候预测数据仅来自5-10个湖泊的信息,没有充分考虑到西伯利亚北极地区水体的复杂性,并没有全面反映温室效应的变化。
科学家在春、夏、秋分分别对76个湖泊进行了三次取样。其间,测量了湖水中的溶解碳浓度、二氧化碳排放量以及水体表面甲烷的排放量。三国科学家成功确定了影响排放活动的因素:湖水深度、水和空气的温度、大气压力、气流等,并据此评估出温室气体排放强度。
根据科学家的研究成果,温室气体的最大排放发生在春季,当春季湖水开化后,积累了一冬天的二氧化碳气体大量排放。当秋季长时间降雨期到来之际,土地浸水面积显著增加,排放量从南向北增加并在连片永久冻土带地域达到最大值,北部的排放量比南部多1—4倍。三国科学家的相关研究结果发表在《Nature
Communications》杂志上,未来将用于针对北极地区更加准确的气候预测。

Katey Walter
Anthony穿过了北极冻土区并研究了300个湖泊,这种一直冒泡的倒是第一次见。沿着布鲁克斯岭的严峻山峰,这个湖大约有20个足球场大,看起来像一大锅沸水。湖水发出嘶嘶声,葡萄柚大的气泡冒出来又爆裂,湖床溢出了一股温室气体。那是甲烷。

北京时间8月27日消息,据国外媒体报道,北极地区湖泊可能释放出掩埋在永久冻土层中的大量远古碳物质,从而加速气候变化。

本月在《地球物理学研究通讯》上发表的一项研究表明,人类排放的气溶胶的减少(通常由工业活动释放的微小的空气污染颗粒)可能导致全球变暖幅度从0.5上升到1摄氏度。

北极快速变暖,冻土层融化,土壤释放出导致全球变暖的二氧化碳。有时冻土融化还会加速湖水的翻滚,导致水体释放出更难消解的气体。如果和这个位于阿拉斯加、被Walter
Anthony称为Esieh
Lake相似的湖泊在地球上广泛存在,那么它带来的气体体积将会给气候系统带来严重的破坏。

www.154net,最新一项研究表明,伴随着气温逐渐升高,北极一些永久冻土层将融化、地面塌陷,最终将陆续形成一些湖泊。在此之前科学家们认为,北极大部分永久冻土层深度融化可能要到2100年才会发生。

这实际上将导致地球气候超过巴黎气候协议中列出的最严格的目标。世界各国领导人制定了一个雄心勃勃的目标,把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度之内,并为把升温控制在1.5摄氏度之内而努力。但是研究表明,世界已经升温了大约1摄氏度,这意味着再升高0.5度就会把我们星球推向危险的边缘。挪威CICERO国际气候研究中心的气候学家BjrnSamset说:“既然我们试图保持1.5或2度的目标,那么我们就要牢记这一点。“

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北极气候出现的快速变化将显着超过地球上其它地区,其产生的一个最大风险是导致北极冻土融化,气候逐渐变暖。

污染如何影响气候

Walter
Anthony第一眼见到这湖就怕它会炸。2010年有个来自阿拉斯加州大学费尔班克斯分校的生态学家站在冰冻的北极湖面上点燃了甲烷气体,窜出了一小座火焰塔。更令人担心的是,Esieh
Lake的存在是单纯的反常现象,还是一个暗示着北极已经开始释放温室气体的信号?

北极深层永久冻土掩埋了数千年的植物和动物残骸,使其蕴藏着大量的有机碳。伴随着冰冻土壤逐渐融化,这些被掩埋的生物会腐烂,将温室气体二氧化碳和甲烷释放到大气层中,进而导致更显着的气候转暖。

这项研究还表明,通过在世界某些地区造成降水和其他天气模式的重大变化,气溶胶的减少可能会产生显着的区域后果。气溶胶不会长时间滞留在大气中,这意味着它们不会像二氧化碳和其他温室气体一样在世界各地扩散,它们的影响往往是区域性的。

但可以肯定的是,如果变暖了的北极释放出更多会让气候变暖的甲烷,全球变暖将加剧。科学家们称之为反馈回路。Walter
Anthony说:“湖泊使冻土融化的速度越来越快。”

但大多数科学家认为,季节性融化掩埋在活跃土壤层之下的永久冻土,需要几十年的升温过程。

也就是说,那些空气污染最严重的地方,可能会在污染消失之后产生一些非常大的变化。东亚的气溶胶排放量是世界上最高的,其降水量和极端天气事件可能会大幅增加。在一定程度上,由于气流的关系,这些影响可能会波及到北半球的其他地区。

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研究负责人、阿拉斯加费班克大学生态学家、生物化学家凯蒂·沃尔特·安东尼说:“这项关于永久冻土层-碳建模的结论正在慢慢实现,直至永久冻土层出现深层融化,预计到2100年之后这里才会释放大量远古碳物质。我们的研究表明,在一个湖泊里,几十年时间就会快速消融,湖泊吸收远古碳物质的速度更快,而且它们释放永久冻土层碳物质的速度远比冰冻陆地融化释放碳物质的速度快许多。”

Samset指出:“我们也看到,这些气溶胶对亚洲气温的影响实际上向北移动到北极地区、北欧、挪威和美国北部。“这些地区对亚洲气溶胶的变化也很敏感”。

图:Jonathan Newton

凯蒂和她的同事一直在研究热岩溶湖,这种湖泊是在富含冰的地面消融之后形成的,伴随冰冻地面消融,地下土壤就会塌陷,形成一个大坑,融化的水逐渐汇集。凯蒂解释称,热岩溶湖看上去就像边缘被咬过的饼干,因为液态水确实会吞噬周围冰冻边缘部分,导致湖水逐渐增多。

科学家之前就知道,某些类型的污染实际上可以帮助降低气候温度。例如,某些气溶胶,比如硫酸盐可以反射太阳光,或者导致反射阳光的云层变厚。随着世界各国对空气污染治理问题变得非常重视,科学家也发现,研究污染消失后气候的变化,对实现诸如2摄氏度目标这种全球气候目标来说非常重要。

不会结冰的北极湖泊

凯蒂指出,热岩溶湖的深度可达到30米,如果冬季湖水没有完全结冰,液态水中的热量会导致湖底永久冻土融化。随着永久冻土层融化,我们会获得所谓的“解冻球”,融解它们可以加深和横向扩散。当这种情况发生时,之前含有有机碳的冻土会融化,消融后的土壤会将有机物质提供给微生物,在分解腐烂有机物质的过程中产生二氧化碳和甲烷。

消除气溶胶,升温可达1.1摄氏度?

怎么在阿拉斯加找一个有沼气泄漏的湖?没完全冻结的就是。Esieh
Lake的气体体积大到吓人,湖水不断地发出噼啪声。

目前,研究人员想要量化究竟有多少甲烷从湖泊中释放出来,热岩溶湖已释放了多少甲烷,未来还会释放多少温室气体。研究小组利用阿拉斯加、加拿大和西伯利亚野外工作的测量数据进行计算机模拟,绘制出热岩溶湖的形成和温室气体排放情况。

这项新研究基于四个全球气候模型,研究人员用这些模型来模拟消除了人为排放的主要气溶胶(包括硫酸盐和碳基颗粒如烟尘)污染物的影响。他们发现,由此导致的全球变暖效应将在0.5到1.1摄氏度之间。

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研究小组将最新研究报告发表在8月15日出版的《自然通讯杂志》上,文中指出热岩溶湖产生温室效应是永久冻土层的两倍。凯蒂说:“但是热岩溶湖产生的温室效应远不及化石燃料燃烧,但它相当于土地利用产生的温室效应。”

这些结果与研究气溶胶的降温效应的其他研究结果一致。《自然-地球科学》(NatureGeoscience)2016年发表的一篇的论文发现,自1980年以来,北极地区(全球变暖最为迅速的地区)变暖幅度高达半摄氏度,这是由欧洲的污染减少引起的。就像最近的研究一样,这些发现说明了气溶胶对气候显著的降温作用,以及北半球不同地区之间的大气联系。

图:Jonathan Newton

其他研究也支持气溶胶影响全球气温的观点。另一篇于2016年发表在《自然-地球科学》上的文章也指出,在过去的50年中,陆地上的气候变暖现象约有三分之一被气溶胶污染暂时的掩盖了。

这个湖大部分都很浅,平均只有三英尺深。但当气泡聚集时,湖底会突然下陷。测量结果表明,这湖一个地方下沉至50英尺深,另一个下沉到了15英尺。而当研究人员检查气体样本时,他们发现了“地质”起源的化学特征。

总的来说,研究表明,温室气体排放对气候的影响远远超过它所表现出来的,只是其中的一部分被空气污染所掩盖。随着空气变得更清洁,这些潜在的影响开始显现出来。

换句话说,Esieh
Lake排放的甲烷不是直接来自于北极冰冻土融化,而是来自于远古的化石燃料库。Walter
Anthony担心的是是否整个北极地区都和Esieh
Lake一样埋着数千年化石燃料库存。

最近的研究表明,如果所有的气溶胶突然停止排放,气候变暖可能会有一定程度的加剧,但是它无法预测这一过程需要多长时间。

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难以实现的目标

图Jonathan Newton

过去几十年来,由于与健康有关的原因,许多国家在治理空气污染方面已经取得了重大进展。此外,全球减少温室气体的努力可能会对气溶胶产生溢出效应,因为造成空气污染的工业活动也是碳排放的源头,减排可以起到多重效果。

更深的危险

因此气溶胶在大气中的含量可能会继续下降。另一个问题是,它们在什么时候会完全消失,那时0.5到1.1摄氏度的上升空间将发挥其全部潜力。一些科学家在解释最近的研究结果时已经提出了自己的谨慎看法:“虽然气溶胶与许多碳排放活动有关(比如燃煤,砍伐森林),这并不是一个一一对应的关系。”美国宇航局戈达德太空研究所所长GavinSchmidt评论这项新研究时指出:“二氧化碳净零排放并不意味着人为气溶胶排放量也为零。”他表示气候不会因为人为排放的气溶胶突然消失而加剧变暖”。

Walter
Anthony发表了一项研究,解决了研究冻土的科学家们的中心问题,即它的深度可以达到近5000英尺,并随着一代代植物的死亡和沉陷搁置数万年甚至更长时间。

北极消融将便捷释放长久冻土层的“公元元年在此以前深层碳” – www.154net:北极,北极融化 – IT之家。但其他科学家则认为,即使时间并不确定,巴黎气候协议中的全球目标(特别是1.5度目标)现在几乎肯定会被超过了。同为CICERO成员的研究人员GlenPeters在自己的Twitter评论中表示,只有利用地质工程技术,才有可能将全球气温降低到一定阈值以下。

因为寒冷,这些富含碳的残留物从未被完全分解,而土壤则一直保存在了冰冷的炼狱中。但是北极变暖了,分解开始了,温室气体被释放了出来。

实际上,一个可行的地质工程方案就包括使用气溶胶冷给地球降温,这也算是一种对人体健康无害的理想形式。其他的想法也包括从大气中回收二氧化碳,但到目前为止,还没有任何一个提案是可行的全球解决方案。

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现在,Samset说,他希望新的研究可以帮助人们对气候产生更全面的了解。政府间气候变化专门委员会已经预计了一些未来气候可能的变化轨迹,考虑了不同程度的温室气体排放规模,以及不同程度的减排行动。Samset指出,在所有这些情况下研究人员都将气溶胶减少纳入考量,但并没有幅度的上的变化。由于现在还不确定未来气溶胶减排的力度有多大,一些科学家认为应该进行更全面的调查。

图Jonathan Newton

然而,仍然清楚的是,人类活动造成的全球变暖还未终止,而未来可能并不如我们想象的那样乐观。

当冻土中的冰楔熔化并产生空隙,填满水之后便形成了热喀斯特湖。研究人员发现,热喀斯特湖的持续增长导致从北极土壤中排放的温室气体排放量将增加2100倍以上。然而冻土带已经有很多这湖了,尽管它总共的覆盖面积还没整个北极陆地表面的6%。

北极消融将便捷释放长久冻土层的“公元元年在此以前深层碳” – www.154net:北极,北极融化 – IT之家。科学家们一直对大气甲烷浓度的急剧上升感到奇怪,自2006以来平均每年2500万吨以上。而Walter
Anthony的研究则发现北极湖泊会让这种情况至少再翻一倍。

如果她是对的,那么永冻土融化就相当于增加了一批大型化石燃料排放经济体,相当于两个德国。而且还是在假设只有一个Esieh
Lake的情况下。它气体排放的速度比热喀斯特湖更快。

北极消融将便捷释放长久冻土层的“公元元年在此以前深层碳” – www.154net:北极,北极融化 – IT之家。同时,Esieh
Lake周围的风景已经带有冻土快速融化的痕迹了,留下了一层裸露的泥泞冰墙和泥炭苔藓组成的小岛。

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北极消融将便捷释放长久冻土层的“公元元年在此以前深层碳” – www.154net:北极,北极融化 – IT之家。图:Jonathan Newton

北极消融将便捷释放长久冻土层的“公元元年在此以前深层碳” – www.154net:北极,北极融化 – IT之家。北极消融将便捷释放长久冻土层的“公元元年在此以前深层碳” – www.154net:北极,北极融化 – IT之家。来自墨西哥国立理工学院的Thalasso表示,他见过的类似泡泡活动的湖泊的气体流量可能比Esieh
Lake低100倍。除此之外,他的仪器还检测到了乙烷、丁烷和丙烷,经典的化石来源。

北极消融将便捷释放长久冻土层的“公元元年在此以前深层碳” – www.154net:北极,北极融化 – IT之家。经过数据整理之后,Thalasso初步估计他测算的那个湖每天生产两吨沼气,相当于6000头奶牛的甲烷气体排放量。

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图:Jonathan Newton

糟心的混合物

冻土中有大量的碳和甲烷,所以北极变暖的速度是其他地区的两倍,气体加速释放,导致恶性循环。因此,Esieh
Lake湖底的洞如果是个由地下气体爆炸造成的火山口,那它就不再是单纯的热喀斯特湖了。随着冻土中的冰融化和地面不稳定,海岸线的树木也开始倾斜。

来自美国地质调查局的Carolyn
Ruppel警告称,需要更多研究来证实北极地区温室气体排放的危险性。从科学的角度来看,这些湖泊正在排放甲烷而不是二氧化碳这件事具有不可否认的有限好处。

甲烷大部分会在十到二十年消散,但二氧化碳会持续几百年甚至几千年。因此尽管甲烷阻碍了气候进步,提高了地球的即时温度,但幸好它没有留下长期遗产。