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过去100多年 , 随着人口的增加、人类经济社会发展和活动区域的不断扩张 , 特别是大量化石能源的爆发式消耗 , 使得排放大气中的温室气体(主要是二氧化碳)越来越多 , 引发了全球性的温室效应 , 地球平均温度呈现明显的增长趋势 。
而随着全球平均温度的上升 , 位于北极圈内及其附近的永久冻土也不再有保障 , 其不可逆地融化速度也随之攀升 。 北极永久冻土的消融 , 到底对加剧全球气候变化 , 能产生多么大的影响 , 一直以来都是气候学家们关注和重点研究的课题 。 前一段时间 , 政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布了对全球气候变化的第六次评估报告 , 在报告中 , 阐述了全球温度持续上升模式下 , 对北极永久冻土融化起到了“推波助澜”的作用 , 但是反过来 , 北极永久冻土的消融 , 对全球气候变化的影响 , 则没定量的描述 。 这种不确定性 , 使很多研究人员在他们的气候预测研究中 , 留下了不少的遗憾 。
北极永久冻土区是一个巨大的碳源
北极永久冻土区 , 处在北半球纬度较高陆地区域 , 主要包括亚欧大陆的北部、格陵兰岛以及北美大陆的北端 , 其总面积几乎达到了北半球陆地面积的四分之一 。 在冻土区的下部土壤中 , 冰冻着数十万年甚至上百万年古代生物的遗骸 , 在微生物缓慢分解的作用下 , 永久冻土区内储存着至少1.5万亿吨的有机碳 , 这些碳的总量 , 达到了地球大气层中碳总量的两倍以上 。
过去十多年中 , 每年都有大批的科研团队 , 到北极永久冻土区开展科学探测和研究 , 它们重点对冰冻土层之下的土壤结构进行测量 , 例如树木的残骸、沉积物的岩芯、冰芯中的气泡等等 , 从而获取关于北极地面温度、冻土融化、海冰消融等方面的详细资料 , 在此基础上形成不同的北极气候年度报告 。
通过研究分析 , 人们发现 , 北极地区从1900年以来的升温幅度 , 达到了惊人的3摄氏度左右 , 这个幅度是全球平均水平的2倍以上 。 随着燃烧化石燃料释放到大气中的二氧化碳数量越来越多 , 全球气候变暖的程度正在加剧 , 这个情况已经成为既定事实 , 随着这种气温升高在北极表现得越来越明显 , 无疑加速了北极永久冻土的融化 , 而那些被埋藏在冻土层中的二氧化碳、甲烷等气体 , 将会成为一个巨大的碳源 , 对全球气候的变化将产生严重影响 。
永久冻土融化 , 对全球气候变化不确定性的根源是什么
在以往的研究报告或者科普文章中 , 人们对于北极永久冻土的消融 , 将会加剧全球变暖步伐这个结论的得出 , 很多是出于经验和表象 , 因为伴随着冻土层的消融 , 的确会有大量二氧化碳和甲烷释放出来 , 比如今年春天 , 在俄罗斯西伯利亚苔原带 , 科研人员发现了7000多个随时可能爆炸的甲烷泡 , 这就是很好的证明 , 而且甲烷的温室效应能力 , 要比二氧化碳大好多倍 。 不过 , 在当前研究人员普遍使用的气候模型中 , 很少有考虑从永久冻土中释放出来的碳(二氧化碳和甲烷等) 。
而构建这种冻土融化和全球气候变化之间关系的预测模型 , 不确定性的根源就在于冻土本身的消融 , 会改变地球碳循环的周期性 , 具体来说 , 就是影响了碳在地球的土壤、空气和水体中的交换过程 , 这里面有两个正好相反的过程 。
第一个方面是增加碳的排放 , 主要包括被冰封的含碳气体 , 随着冻土层的融化直接排放到空气中 。 与此同时 , 随着土壤的解冻 , 生活在土壤中的细菌、真菌以及其它微生物 , 也会消耗暴露出来的有机物质 , 并将代谢的含碳产物排放到大气中 , 气温的升高 , 更有利于这些微生物的生长和繁殖 , 所以最终导致全球气候更加暖化 , 形成一种恶性循环 。
第二个方面是减少碳的排放 , 植物通常情况下 , 在温暖的温度和富含碳的空气中 , 会生长得更好 。 所以随着温度的升高 , 冻土区的植被覆盖率会升高 , 继而会从空气中吸收更多的碳 , 植物死亡时 , 会将一部分的碳埋藏和沉积到土壤中 。
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