由美國國家航空暨太空總署（NASA）科學家共同撰寫的《全球生物地球化學循環》（Global Biogeochemical Cycles）雜誌上的一項新研究揭示了隨著北極地區氣溫的升高，溫室氣體是如何以及在何處從北部廣袤的永久凍土區逃逸出來的。 這些從阿拉斯加到加拿大和西伯利亞的冰凍土壤中的碳含量是目前大氣中碳含量的兩倍，高達數千億噸，其中大部分已被埋藏數百年。

美國國家航空暨太空總署（NASA）的最新研究表明，在過去的20年裡，由於湖泊和濕地排放的甲烷以及野火產生的二氧化碳，北極永久凍土已成為溫室氣體的淨來源。

阿拉斯加費爾班克斯以北的永凍土隧道開鑿於20 世紀60 年代，由美國陸軍寒區研究與工程實驗室管理。 這裡是對永久凍土–終年多年不凍的地面–進行大量研究的場所。 資料來源：美國國家航空暨太空總署/凱特-拉姆賽爾

由斯德哥爾摩大學研究人員領導的國際研究小組發現，從2000 年到2020 年，北極的二氧化碳吸收量幾乎被陸地的排放量所抵消。 最終，他們得出結論，該地區已成為溫室氣體的淨排放源，這主要是由甲烷造成的。 雖然甲烷的壽命比二氧化碳短，但它每個分子捕獲的熱量要多得多，因此成為最近全球暖化趨勢的一個重要因素。

這些發現揭示了一種變化中的地貌，合著者之一、位於南加州的美國太空總署噴射推進實驗室的科學家Abhishek Chatterjee 說。他說：”我們知道，永久凍土地區已經捕獲並儲存了數萬年的碳。但我們現在發現的是，氣候驅動的變化正在使天平向永久凍土成為溫室氣體淨排放源的方向傾斜。 “

在這幅顯示2021 年數據的動畫中，溫室氣體籠罩全球。 二氧化碳顯示為橙色，甲烷顯示為紫色。 在100 年的時間尺度內，甲烷捕獲熱量的效率是二氧化碳的28 倍。 濕地是此類排放的重要來源。 資料來源：美國國家航空暨太空總署科學視覺化工作室碳儲備

永久凍土是指永久凍結了兩年到數十萬年的地面。 從凍土層的核心可以看到厚厚的冰土層，其中富含已死亡的植物和動物物質，可以利用放射性碳和其他技術測定其年代。 當永久凍土融化分解時，微生物以這些有機碳為食，釋放出部分溫室氣體。

釋放永凍土中儲存的部分碳可能進一步加劇氣候變遷。 北極地區的氣溫變暖速度已經是全球平均水平的兩到四倍，科學家們正在了解永久凍土的融化是如何使該地區從溫室氣體的淨吸收匯轉變為變暖的淨來源的。

這張地圖是根據美國國家冰雪資料中心提供的數據，顯示了北極永久凍土的範圍。 地表下的永久凍土層從最寒冷地區的連續凍土層到較孤立和零星的凍土層不等。 資料來源：美國太空總署地球觀測站

他們利用地面儀器、飛機和衛星追蹤排放物。 美國國家航空暨太空總署（NASA）的”北極-北方脆弱性實驗”（ABOVE）就是其中之一，該實驗主要針對阿拉斯加和加拿大西部。 然而，定位和測量地球最北部邊緣地區的排放物仍然具有挑戰性。 其中一個障礙是由常綠森林、無垠苔原和水道組成的環境規模龐大且種類繁多。

水槽中的裂縫

這項新研究是全球碳計畫RECCAP-2工作的一部分，它匯集了不同的科學團隊、工具和數據集，每隔幾年對地區碳平衡進行一次評估。 作者從2000 年到2020 年追蹤了三種溫室氣體–二氧化碳、甲烷和氧化亞氮–在700 萬平方英里（1,800 萬平方公里）永久凍土帶上的分佈。

研究人員發現，該地區，尤其是森林，吸收的二氧化碳比釋放的二氧化碳多一小部分。 湖泊和河流排放的二氧化碳，以及森林和苔原燃燒的大火，在很大程度上抵消了這種吸收。

他们还发现，在这二十年间，该地区的湖泊和湿地是甲烷的主要来源。 它们的水涝土壤含氧量低，同时含有大量死亡植被和动物物质–这为饥饿的微生物提供了成熟的条件。 与二氧化碳相比，甲烷可以在短时间内导致气候显著变暖，然后迅速分解。 甲烷在大气中的寿命约为 10 年，而二氧化碳可持续数百年。

研究結果表明，溫室氣體的淨變化有助於在20 年間使地球變暖。 但在100 年的時間裡，排放量和吸收量大多會相互抵銷。 換句話說，該地區正從碳源向弱碳匯徘徊。 作者指出，極端野火和熱浪等事件是預測未來的主要不確定因素。

研究整合與綜合結論

科學家採用兩種主要策略來統計該地區的溫室氣體排放量。 “自下而上”的方法透過地面和空中的測量資料以及生態系統模型來估算排放量。 由上而下”的方法則使用直接從衛星感測器獲取的大氣測量數據，包括NASA 的軌道碳觀測站-2 (OCO-2) 和JAXA（日本宇宙航空研究開發機構）的溫室氣體觀測衛星。

關於近期（20 年）全球暖化的可能性，兩種科學方法在大局上是一致的，但在幅度上有所不同： 自下而上的計算顯示暖化的幅度要大得多。

查特吉說：”這項研究是我們能夠整合不同方法和數據集，將非常全面的溫室氣體預算匯總到一份報告中的首例研究之一。它揭示了一幅非常複雜的圖景。”

編譯自/ scitechdaily