永冻土解冻引发北极地区大量碳排放

最近的研究结果表明，北极作为行星冷却剂的传统作用正在减弱，热点和野火几乎抵消了其碳储存能力。一项跨越三十年的详细研究表明，由于生长季节延长和微生物活动增加（尤其是在冬季），北极的碳排放正在增加。该研究以前所未有的细节绘制了这些变化，发出了严厉的警告，并呼吁密切监测这些地区。

综合研究表明，北极储存碳的能力正在受到损害，这标志着全球碳动态发生了重大转变。（基于实地测量和机器学习模型的综合，2001-2020 年陆地平均二氧化碳平衡。）图片来源：Greg Fiske / 伍德威尔气候研究中心

数千年来，北极的永久冻土一直充当着一个巨大的碳储存系统，帮助调节地球的气候。然而，《自然气候变化》杂志今日（1 月 21 日）发表的一项新研究表明，北纬地区气温升高和野火频发正在显著降低这一关键的储存能力。

伍德威尔气候研究中心的研究人员发现，北极-北方带（ABZ）的 34%（包括地球北部地区的苔原、北方森林和湿地）现在已成为碳源而不是碳汇。发生这种转变的原因是，虽然植物通过光合作用吸收二氧化碳 (CO2)，但微生物和植物呼吸作用会将其释放回大气中。

当将野火排放考虑在内时，研究发现该地区作为碳源的比例增加到 40%。

北极-北方带研究区地图，描绘了北方森林、苔原和永久冻土区。图片来源：Greg Fiske / Woodwell 气候研究中心

这些发现代表了迄今为止对 ABZ 碳通量的最新、最全面的评估。该分析利用了从 1990 年至 2020 年从 200 个研究地点收集的 CO2 数据库，该数据库的规模是早期上调工作的四倍，既捕捉到了全年动态，也捕捉到了最近气候和北方火灾状况的重要变化，这些变化改变了北方的碳平衡。

“我们希望绘制出北方碳的最新、最全面的图景，为此，我们知道我们需要考虑火灾在该地区不断增长的碳足迹，”Woodwell Climate 永久冻土路径计划的研究科学家、该研究的主要作者 Anna Virkkala 博士说。“虽然我们发现许多北方生态系统仍在充当二氧化碳汇，但源区和火灾现在正在抵消大部分净吸收量并扭转长期趋势。”

2001-2020 年陆地平均二氧化碳平衡基于实地测量和机器学习模型的综合。图片来源：Greg Fiske / Woodwell 气候研究中心

这项研究是对北纬地区陆地如何呼吸的有力记录——测量其释放和从大气中吸收的气体。数据收集在碳通量监测塔和监测室，用于跟踪陆地和大气之间的气体交换。

这些数据被存储和分析在一个综合且不断增长的图书馆中，被称为“ABC Flux”，由 Virkkala 掌管。“升级”是指将这些单独的站点级读数与气候、土壤和植被记录结合在一起，以生成地球原本不可见的呼气和吸气的活地图的过程。

通过追踪 30 年来每月的记录，《自然气候变化》研究有助于说明这些趋势背后的“原因”：例如，30 年来夏季的碳吸收量有所增加，但在非生长季节，苔原释放的碳排放量更多。

这项研究的另一个优势是分辨率相对较高——2001-2020 年为 1 公里 x 1 公里——这使研究人员能够绘制出形成这些趋势线的“位置”。

“这些数据的高分辨率意味着我们现在可以看到北极在碳方面的变化有多大，”这项研究的合著者、伍德韦尔气候永久冻土路径负责人 Sue Natali 博士说。“这种变化并不奇怪，因为北极不是一个单一的地方——它是一个拥有多样化生态系统和气候条件的广阔区域。现在我们有能力以空间分辨率跟踪和绘制碳过程，从而揭示地面上正在发生的事情。”

“我们看到更长的生长季节和冬季更多的微生物活动正在逐渐改变碳轨迹，”德克萨斯大学埃尔帕索分校助理教授、这项研究的合著者 Marguerite Mauritz 博士说。 “像这样的高度协作努力对于理解不断变化的季节性动态和干扰模式如何对区域乃至全球产生影响至关重要。”

最新发现补充了最近越来越多的研究，这些研究显示了北方地区在历史上作为碳汇的作用之后碳预算是如何变化的。虽然这项研究的重点是陆地上的二氧化碳通量，但其他最近计算湖泊、河流和湿地的二氧化碳和甲烷 (CH4) 排放量的结果也发现永久冻土区是一个碳源。

但最近的一系列升级结果讲述了类似的故事：即北纬地区的趋势线开始转变，更温暖、更绿色的北极并不一定意味着那里有更多的碳储存——部分原因是变暖意味着永久冻土融化的排放和更绿色、更多的碳燃烧。

例如，《自然气候变化》研究发现，虽然 ABZ 地区 49% 的土地经历了“绿化”——生长季更长、植被更多意味着可以进行光合作用和储存更多的碳——但地图上只有 12% 的绿化像素显示二氧化碳的年净吸收量增加。

“永久冻土带的碳循环确实开始发生变化，”Virkkala 说。“我们的研究可能预示着未来将发生更大的变化，并提供了一张未来几十年我们需要更好地监测的地方的地图。”

编译自/ScitechDaily