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  • 北極圈都32℃了!千年永凍土層快“熱化”了?

    字體 2018-09-03 14:51:54
         來源: 網易科學人  

    出品|網易科學人欄目組 翟中超  

    在俄羅斯切爾斯基,尼基塔·齊莫夫(Nikita Zimov)帶領學生來到西伯利亞北部,當他正在教學生如何進行生態實地調查時無意發現了一個令人不安的線索,即凍土融化的速度可能比預期的還要快。

    像父親謝爾蓋·齊莫夫(Sergey Zimov)一樣,尼基塔·齊莫夫多年來一直在運行一個研究站,以追蹤俄羅斯遠東地區迅速變暖的氣候變化。因此,當學生們在位于北極圈以北320公里的地方,在長滿苔蘚的小丘和落葉松林中采集到土壤送到實驗室后,尼基塔·齊莫夫就懷疑情況有些不對勁了。

    今年4月,謝爾蓋·齊莫夫給一組工人配備了重型鉆頭以確保探測的順利進行。工人們將鉆頭鉆入幾米的地下,結果發現濃濃的泥漿。謝爾蓋·齊莫夫還說這不可能,因為他所在的靠近科雷馬河的切爾斯基社區是地球上最冷的地區之一。即使在暮春時節,地面以下的土壤也應該是冰凍固態的。

    但今年,情況變了。

    在夏季解凍之前,每年冬季,北極地區距離地表幾十厘米或幾米的土壤以及富含植物的地帶就會凍結。在活動層以下幾十米到幾百米不等的深處,延伸著厚厚的連續凍土,這就是永久凍土層,而且在一些地方,土壤呈永久凍結狀已有幾千年的時間。

    齊莫夫父子表示,這里氣溫能降到零下40攝氏度,今年的降雪非常之大,積雪像一層毛毯一樣把余熱封閉在了地面。他們發現,地面至地面以下76厘米深的部分,原本通常會在圣誕節前凍結,但今年整個冬季都保持著潮濕的糊狀。北極永久凍土層的隔熱層在冬天根本就沒結冰!這算是他們記憶里的第一次。

    “這真的令人震驚,”馬薩諸塞州伍茲霍爾研究中心的北極科學家馬克斯·霍姆斯(Max Holmes)說道。

    這一發現沒有經過同行評議或發表,也沒有呈現某地一年期的有限數據。但是,謝爾蓋·齊莫夫附近的另一位科學家進行了相關測量,還有,大洋一側似乎也有支持謝爾蓋·齊莫夫的證據,一些北極專家正在權衡一個令人不安的問題:在北極一些最寒冷、最富碳的地區,永久凍土融化的速度比許多人預期的要早幾十年,那么這些釋放出的溫室氣體是否會加速人為造成的氣候變化呢?

    “這真的令人震驚,”馬薩諸塞州伍茲霍爾研究中心的北極科學家馬克斯·霍姆斯(Max Holmes)說道。

    這一發現沒有經過同行評議或發表,也沒有呈現某地一年期的有限數據。但是,謝爾蓋·齊莫夫附近的另一位科學家進行了相關測量,還有,大洋一側似乎也有支持謝爾蓋·齊莫夫的證據,一些北極專家正在權衡一個令人不安的問題:在北極一些最寒冷、最富碳的地區,永久凍土融化的速度比許多人預期的要早幾十年,那么這些釋放出的溫室氣體是否會加速人為造成的氣候變化呢?

    活動層不再凍結

    北半球四分之一的大陸都位于永久凍土之上。永久凍土層中封存的碳要比大氣中碳含量的兩倍還要多。

    人類消耗著大量化石燃料,地球正在變暖,凍土正在融化,這樣一來,微生物就能消耗埋藏的有機物并釋放出二氧化碳以及壽命較短的甲烷,而甲烷作為溫室氣體,其威力相當于二氧化碳的25倍!

    至少從20世紀70年代開始,北極永久凍土層的溫度就上升了。在很多地方,小規模的局部融化已經開始,但這片冰凍土地的絕大部分仍然被一層隨季節凍融的活動層所隔離。

    現在有跡象表明,每年的冰凍期都會迅速改變。

    沿河17公里的下游區域,謝爾蓋·齊莫夫他們開始鉆探測量。同樣是在這片區域,馬賽厄斯(Mathias Goeckede)和德國馬克斯普朗克生物地球化學研究所的研究員每年夏天都要花幾星期在這里進行調查追蹤陸地與大氣間的碳交換,這處西伯利亞的地面踩起來比較松軟,可能是解凍造成的。

    馬賽厄斯所在站點的測量數據顯示附近的雪深在5年里大約翻了一倍。當大量積雪覆蓋到地面上,地表以下的熱量在冬季有可能就不會消散。馬賽厄斯所在站點的一個鉆孔數據似乎說明了上面剛剛提到的現象:4月份,地面以下30厘米的深的溫度在上面提到的5年期內升高了大約12攝氏度。

    這只是一處地點,而且我們一共在這才研究了5年,因此這應該是一個案例研究,”馬賽厄斯說道。“但是,如果假定這是一種趨勢,那么情況就令人擔憂了。”

    幾千公里以外,弗拉基米爾·羅馬諾夫斯基(Vladimir Romanovsky)看到了類似的狀況。羅馬諾夫斯基是阿拉斯加大學費爾班克斯分校的永久凍土層專家,他在北美負責一些覆蓋面很廣的永久凍土監測站,這些監測站有25年間甚至更久遠的詳細監測記錄。

    “在2014年之前的所有年份里,活動層的完全冰凍期在1月中旬就會發生,”羅馬諾夫斯基說道。“自2014年以后,冰凍期已經移至2月底甚至3月份。”

    但今年冬天,阿拉斯加州礦業中心費爾班克斯也遇到了非常大雪。羅馬諾夫斯基的兩個站點的活動層根本就沒凍結,這是有史以來的第一次。

    “必須非常重視這一情況,”他補充道。

    研究的爭議

    北極天氣變化無常,在北極一些地區,這幾年可能年年下大雪,而接下來的幾年就可能一點雪也不下。

    一些科學家也對齊莫夫父子的工作有些疑問,因為齊莫夫父子的工作并不像許多西方研究員那樣嚴格。齊莫夫父子的發現不包括溫度數據,且記錄的連續時間也不算長。他們研究的許多地點也受到了人類活動和動物的干擾,因此這些土壤更容易受到氣候變暖的影響。

    “在少數幾個地方挖幾個洞并不是嚴謹的科學,”阿拉斯加大學費爾班克斯分校的降雪專家馬特·斯特姆(Matt Sturm)說道。

    美國勞倫斯伯克利國家實驗室的永久凍土層專家查爾斯·科文(Charles Koven)了解存在懷疑聲的原因,而且他也知道需要進行更多的研究。“如果不了解這些站點區域的歷史數據,那么我們就無從下手,”他說道。“如果那里真發出了警報信號,我們不會忽視。”

    羅馬諾夫斯基和馬賽厄斯側重系統的測量,而謝爾蓋·齊莫夫有點像災變論者,他的預測也比較悲觀。齊莫夫父子在西伯利亞更新世公園附近,而這里活動著許多大型哺乳動物,如野牛、牦牛和馬。更新世公園是一處模擬歷史上巨大草原生態系統的試驗的一部分,科學家可以借此觀察永久凍土的反應,而更新世大約結束于1.2萬年前。

    但謝爾蓋·齊莫夫也是第一批發現西伯利亞蘊藏著大量富碳永久凍土層的科學家之一,而且他在切爾斯基工作了40年,因此受到許多研究者的高度重視。

    “他對景觀很了解,因此他很少會出錯,”阿拉斯加大學費爾班克斯分校專門研究北極湖泊中甲烷的副教授凱蒂·沃爾特·安東尼(Katey Walter Anthony)說道。“如果他都認為正在發生的事很重要,那么這事應該就很重要很有價值。”

    羅馬諾夫斯基也知道齊莫夫父子,他還表示雖然自己希望他們能加上溫度數據,但檢查冰凍深度也是一種合理的方法。“這也是一個令人信服的方法,”羅馬諾夫斯基說道。“但對我來說,這么做還不算夠完整。”

    羅馬諾夫斯基和齊莫夫父子的發現究竟代表著多大的范圍,目前還不清楚。姑且先當做是個小樣本。

    但羅馬諾夫斯基表示之所以選擇現在的這個站點,是因為這里代表了阿拉斯加的中部地區。

    “因此,我們就假定今年冬季在阿拉斯加的大片地區并沒有出現冰凍期,”他說道。

    盡管科學家意識到數據比較有限,但這些變化的確也令他們有些擔心。

    “這些發現令人不安,”伍茲霍爾研究中心的永久凍土層專家休·納塔利(Sue Natali)說道。納塔利最近在阿拉斯加育空地區的一次研究中看到了一處活動層未被重新凍結。“科學家研究幾十年都沒發現這些東西有什么變化,而現在,變化卻正在發生,這件事應該得到關注。”

    解凍加速進行

    如果一個區域的活動層真的不再凍結,那么后果將很快出現,因此,事情的風險很大。一旦解凍,活動層中的土壤微生物就可以分解有機物質并在全年中釋放溫室氣體。活動層解凍,永凍層就會暴露在更高的溫度下,那么永凍層也就開始解凍并釋放氣體。

    在富冰土壤中,如西伯利亞,地面就會下沉。這將會路面、建筑和冰窖造成巨大影響。這些坳陷會改變地面景觀,冬季甚至就會變得更暖。坳陷中會積水或積雪,形成新的濕地和苔原湖泊,這些濕地和湖泊都會排放出大量的甲烷。

    所有這些水分的流動,不管是地面上還是地下,都會運輸大量的熱量,這就加速了融化。永久凍土的崩塌會釋放出更多的溫室氣體,而這些溫室氣體又會加速自身的解凍。

    應該沒人期待永凍層釋放出其儲蓄的所有的碳。大多數計算機模型顯示,即使是人類維持較高的排放情景,永久凍土層最多將排放其10%至20%的碳。

    但是,記者聯系到的十多位北極氣候科學家一致認為,今年的活動層數據凸顯了全球氣候模型的局限性。那些預測未來氣候情景的復雜計算機程序通常無法捕捉到永久凍土層的重大變化。

    “我們的程序會模擬一些東西,但有許多進程是模型所不能包括的,比如說熱傳遞的過程,”加拿大蒙特利爾大學副教授丹尼爾·福捷(Daniel Fortier)說道。“我認為可以肯定的說,事情發生的速度比我們預期的要快。”

    例如,科學家們早就知道,隨著時間的推移,海冰的消失和氣溫的上升將導致北極降雪的增多,而模型能將這些因素合并起來。但是,土壤類型、地表植被、冰的融化以及因升溫和融雪而產生的水流等因素疊加串聯到一起的情況,上述的計算機模擬起來就不怎么可靠了,而這些因素都可能加速凍土融化。

    “模型無法處理這些景觀尺度的變化,而所有這些過程都可能導致情況劇變,”位于博爾德的美國國家大氣研究中心的永久凍土建模師大衛·勞倫斯(David Lawrence)說道。“想要讓這些模型處理好這些進程還需要很長時間。”

    大衛·勞倫斯表示,當檢測到一些變化時,可能重大的變化也正在進行。這意味著民眾和政策制定者可能無法意識到真正的風險。

    “大多數模型預測,在2100年之前,并不會出現主要的碳排放,”沃爾特·安東尼說道。可能的確如模型預測的那樣,但沃爾特·安東尼表示,“也有可能在我們孩子那一代,或者我們這一代就會發生”。

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    編輯:任梓嘉

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