脾气暴躁的气候巨人：12,000年后，海底多年冻土仍在苏醒

海底和沿海多年冻土生态系统的艺术图，强调温室气体的产生和释放。

最新研究表明，海底多年冻土释放出缓慢而大量的温室气体。

在最北端，北冰洋不断膨胀，淹没了大量的沿海苔原和草原生态系统。尽管海水仅比冰冻温度高出几度，但海水开始融化其下方的永久冻土，使数十亿吨的有机物暴露于微生物分解之下。分解的有机物开​​始产生CO2和CH4，这是最重要的两种温室气体。

尽管研究人员数十年来一直在研究降解海底多年冻土的方法，但由于难以在国际和学科范围内收集测量数据和共享数据，因此无法对碳的总量和释放速率进行总体估算。由博士领导的一项新研究在IOP出版杂志环境研究快报上发表的杨百翰大学（BYU）的候选人Sara Sayedi和高级研究员Ben Abbott博士阐明了海底多年冻土的气候反馈，得出了环行碳储量，温室气体排放，以及海底多年冻土带的未来可能的响应。

西伯利亚拉普捷夫海中部Bykovsky半岛的海岸线在夏季撤退，那时候，冰层丰富的多年冻土降落到海滩，并被海浪侵蚀。

Sayedi和一支由25位冻土研究人员组成的国际团队在由美国国家科学基金会支持的永久冻土碳网络（PCN）的协调下工作。研究人员结合了已发表和未发表的研究结果，以估计过去和现在的海底碳储量的大小，以及在未来三个世纪中可能产生多少温室气体。

研究人员使用一种称为专家评估的方法，该方法结合了多个独立的合理值，估计海底多年冻土区目前捕获了600亿吨甲烷，并在沉积物和土壤中包含5600亿吨有机碳。作为参考，自工业革命以来，人类共向大气释放了约5,000亿吨碳。这使得海底多年冻土碳库成为潜在的巨型生态系统对气候变化的反馈。

西伯利亚拉普捷夫海中部Bykovsky半岛的海岸线在夏季撤退，那时候，冰层丰富的多年冻土降落到海滩，并被海浪侵蚀。

萨耶迪说：“海底多年冻土确实是独一无二的，因为它仍在响应一万多年前的剧烈气候变化。”“在某些方面，它可以让我们窥视由于人类活动而在今天融化的多年冻土的可能反应。”

Sayedi小组的估算表明，海底多年冻土已经在释放大量的温室气体。但是，此释放主要是由于古代的气候变化，而不是当前的人类活动造成的。他们估计，海底多年冻土每年向大气释放约1.4亿吨二氧化碳和530万吨甲烷。这在规模上与西班牙的整体温室气体足迹相似。

研究人员发现，如果人为引起的气候变化继续下去，海底永久冻土中CH4和CO2的释放可能会大大增加。但是，预计此响应将在接下来的三个世纪内发生，而不是突然发生。研究人员估计，海底多年冻土层未来释放的温室气体数量直接取决于未来的人类排放量。他们发现，在照常工作的情况下，海底多年冻土的变暖释放的二氧化碳和甲烷的量是减少人类排放以保持低于2C的排放量的四倍。°

“这些结果之所以重要，是因为它们表明气候反馈作用很大，但反应缓慢，” Sayedi解释说。“对该地区的一些报道表明，人类排放物可能引发甲烷水合物的灾难性释放，但我们的研究表明，几十年来，甲烷排放量逐渐增加。”

即使这种气候反馈是相对渐进的，研究人员指出，目前的任何气候协议或温室气体目标均未包含海底多年冻土。Sayedi强调，海底多年冻土仍然存在大量不确定性，需要进一步的研究。

“与海底多年冻土对于未来气候的重要性相比，我们对该生态系统知之甚少，”萨耶迪说。“我们需要更多的沉积物和土壤样品，以及一个更好的监测网络，以检测温室气体释放何时响应当前的变暖，以及这种巨大的碳库从冻结的沉睡中唤醒的速度。”

关键科学点摘要：

自上一个冰川期（〜14,000年前）结束以来，海底多年冻土就开始融化。一支由25位多年冻土研究人员组成的国际团队估计，目前，海底多年冻土区域捕获了600亿吨甲烷和5600亿个甲烷沉积物和土壤中的有机碳吨。但是，这些碳储量的确切数量仍然不确定，尽管目前尚不清楚这是对冰消的自然反应还是人为的变暖正在加速温室气体的产生和释放，但这种碳已经从海底多年冻土区中释放出来了。研究人员估计，目前，海底多年冻土区每年向大气释放约1.4亿吨CO2和530万吨CH4。这仅占人为温室气体总排放量的一小部分，大约等于西班牙的温室气体足迹。专家预测，在未来三百年中，海底多年冻土层的排放量将逐渐增加，而不是突然释放。取决于减少的人类排放量。专家估计，如果与¾不采取缓解措施的情况相比，人类积极减少排放量的话，大约可以避免海底额外的排放物。气候政策讨论实际上仍然缺乏这种气候反馈，因此需要更多的实地观察来更好地预测这种情况的未来。系统。

其他合著者的名言：

“我认为这项研究提供了三个重要信息。首先，海底多年冻土可能不是触发头发的气候定时炸弹。其次，海底多年冻土是潜在的大气候反馈，需要在气候谈判中加以考虑。第三，我们对这个系统还有很多未知的地方。我们确实需要额外的研究，包括北部国家和研究学科之间的国际合作。”

—杨百翰大学该项目高级研究员Ben Abbott博士

“这项工作通过召集各个学科的专家来展示科学综合和网络的力量，以便根据当前可用的观察和模型评估我们的知识状态。尽管将继续进行科学工作来检验这些想法，但将知识与专家评估相结合将为塑造未来关于海底多年冻土温室气体排放的研究提供重要的基线。”

—北亚利桑那大学永冻土碳网络首席研究员Ted Schuur博士

“这项专家评估是对科学文献的重要贡献，有助于提高我们对迄今为止尚未得到充分研究的海底多年冻土和潜在温室气体排放的认识。来自多个学科，机构和国家的科学家聚集在一起，使得超越单一数据点或研究成为可能，从而提供了对海底多年冻土的更为全面的估计。”

—北亚利桑那大学多年冻土碳网络联合研究员ChristinaSchädel博士

参考：Sayedeh Sara Sayedi，Benjamin W Abbott，Brett F Thornton，Jennifer M Frederick，Jorien E Vonk，Paul Overduin，ChristinaSchädel，Edward AG Schuur，Annie Bourbonnais，Nikita Demidov“专家评估得出的海底多年冻土碳储量和气候变化敏感性” ，Anatoly Gavrilov，何胜平，Gustaf Hugelius，Martin Jakobsson，Miriam C Jones，DongJoo Joung，Gleb Kraev，Robie W Macdonald，A David McGuire，Cuuiui Mu，Matt O'Regan，Kathryn M Schreiner，Christian Stranne，Elena Pizhankova，Alexander瓦西里耶夫（Vasiliev），塞巴斯蒂安·韦斯特曼（Sebastian Westermann），杰伊·扎内茨克（Jay P Zarnetske），张挺军，迈赫兰·甘德哈里（Mehran Ghandehari），莎拉·鲍姆勒（Sarah Baeumler），布莱恩·布朗（Brian C Brown）和丽贝卡·弗莱（Rebecca J Frei），2020年12月22日，《环境研究快报》。
10.1088 / 1748-9326 / abcc29

这项研究由美国国家科学基金会和BYU研究生院资助。