北極地區的永凍土正在融化，積水造成的湖泊慢慢排放出甲烷，這種能夠大幅加速全球暖化的溫室氣體，對我們的威脅有多大？
(照片提供/科學人)
重點提要
■無數個極地湖泊底部的永凍土正在融化，把甲烷釋放到大氣裡，加速全球暖化。
■新研究指出，在2100年以前，融化中的永凍土會繼續增加，導致甲烷的排放量增加20~40%，遠超過其他天然和人為的來源。
■減緩融化速度的唯一方法，就是人類透過降低二氧化碳排放量來控制氣候暖化。
飛機降落在偏遠的西伯利亞東北部徹爾斯基研究站的碎石跑道上，厚底橡膠釘靴從我與三位同事間的裝備鬆開，打中我的臀部，來個最後一腳。我跟美國阿拉斯加大學費班克分校的研究團隊旅行五天，橫跨整個俄羅斯才抵達這個位在千湖之鄉的東北科學研究站。我們再次訪問這裡的原因是監測某個甦醒中的巨人，它可能大幅加速全球暖化。
這次探索讓我們瞭解，西伯利亞跟整個極區的永凍土（終年冰凍的土地）有多少正在解凍，或即將開始解凍，而解凍過程會產生多少甲烷。包括我們在內的許多科學家與政策制定者都對這個問題感興趣，因為甲烷是溫室氣體之一，甲烷分子的暖化效果是二氧化碳分子的25倍。如果全球暖化導致永凍土快速解凍，地球變熱的速度會比現在大部分的氣候模式預測的還要快。在其他人的分析結果輔助之下，我們的資料指出的趨勢令人不安。
冷凍庫的門忘了關
科學家很擔心永凍土的變化，因為它覆蓋了全球陸地面積的20%，在數十公尺深的表層土壤中，儲存了大約9500億公噸的碳（大多永凍土有數百公尺深）。這些碳是枯萎的植物和動物的遺骸，已經堆積了好幾萬年，只要冰凍在湖泊底部或湖泊之間，就會安全隔離在大氣之外。
當永凍土解凍，微生物接觸到冰封的殘骸時，會快速分解殘骸並產生氣體。如果你忘記關上冰箱冷凍庫的門，只要時間夠長，也會發生同樣過程，使解凍的食物腐敗。有氧氣時，細菌、真菌對有機物進行有氧分解並產生二氧化碳；但當土壤像湖泊底部的沉積物一樣積水時，會導致缺氧狀態，細菌進行厭氧分解，釋出甲烷（以及一些二氧化碳）。湖底的甲烷分子形成小氣泡，浮到水面後進入大氣。
在極區，厭氧分解是甲烷的主要來源。永凍土裡的冰融化後，地面陷落，逕流的水正好填補凹陷地帶，製造許多很小的新湖泊。新湖泊吐出大量的甲烷，因為此時它們底部的永凍土更容易解凍。過去的記錄顯示，在最近一萬年來，當地球進入間冰期的溫暖狀態時，這個過程就開始發生了。但最近幾十年的衛星記錄指出，永凍土可能正在加速解凍。
這些衛星記錄與阿拉斯加、西伯利亞許多野外研究站的觀測結果一致，那些研究站由我在費班克的同事羅曼諾夫斯基等人負責維護。羅曼諾夫斯基發現，從1970年代早期起，研究站當地永凍土的溫度就開始上升了。根據這些觀察，他計算出阿拉斯加地區大約有1/3~1/2的永凍土溫度上升了 1~1.5℃；在其他地區，溫度已經跨越了0℃這個重要的界線。
我的研究團隊和其他很多科學家在徹爾斯基以及其他許多研究站持續觀察，我們證實了之前的猜測，那就是永凍土正在加速解凍，甲烷排放量會比預期的更多。最近，我的研究室估計，依照目前的暖化速率，在2100年之前，永凍土解凍排放的甲烷就會超越其他所有天然和人為排放的總和。根據費班克的研究人員亞歷塞耶夫計算，解凍的土壤釋出溫室氣體，再加上分解過程中伴隨的一些二氧化碳，可能讓全球年均溫再上升0.32℃。
0.32℃聽起來很微小，但其實並非如此，它可能大幅影響全球暖化造成的種種改變，包括天氣型態、海平面高度以及農業、疾病的地理分布。如果土壤深處的甲烷（例如甲烷水合物）不幸釋放，溫度可能上升好幾度。所以人類比以往有更好的理由來積極降低現今的全球暖化速率，防止極區的廣大地帶被推向解凍溫度。
研究像徹爾斯基這樣的地區，對於證實（或改進）我們的估計結果很重要。我和東北科學研究站的同事齊莫夫一起走在西伯利亞的河岸邊，我很注意我停下來的地方，那裡的土壤只有半公尺厚，大部分都是滿佈泥濘、青苔的泥炭地，鬆軟地堆在40~80公尺深的冰上。發育不良的樹朝不同的方向生長，東倒西歪的，看起來就像喝醉了一樣，因為它們的根無法伸進冰凍的土地裡，而夏季解凍時又長得太快。在我身後，一株"喝醉的"樹傾倒了；它的根部拉起林地表層，我們可以看見黑色地表上閃亮的冰面，也能聞到有機物質在分解中的那種塵土氣味。走在這裡，也很難不踢到四處散亂的骨骸，包括長毛犀、猛像、更新世的獅子、熊和馬。
西伯利亞的碳庫
對齊莫夫來說，這個地區就像金礦一樣，這當然不是指滅絕動物的牙齒跟骨骼。1989年，齊莫夫對這地區土壤裡的碳庫產生興趣，於是帶著一群年輕科學家建立了偏遠的東北科學研究站，長年監測寒林和苔原地區的永凍土。研究人員搭乘小艇遊遍俄羅斯的各條大河，甚至徒手攀登由永凍土構成的懸崖，測量出各地的碳含量，這是甲烷釋放量的指標。為了模擬大型野火造成的擾動，他們以軍用坦克、推土機來移除表土，用實驗證實了龐大的永凍土碳庫對全世界有多重要。
除了蘇聯勞改營以外，世人以前對這個區域一無所知，但為什麼齊莫夫以及我的團隊都把焦點集中在這裡？因為並非全部的永凍土都一樣。不管有沒有結冰，只要土壤年均溫至少連續兩年都在0℃以下，就是永凍土。西伯利亞大部分地區的永凍土都是一種特別的永凍黃土，富含冰與碳，這兩者都是甲烷問題的關鍵。永凍黃土的土壤體積有90%是10~80公尺厚的大型冰楔或較小的冰晶組成，其餘則是有機物含量很高的土壤層，富含更新世哺乳動物的遺骸和它們生前吃的草。
永凍黃土是在最後一個冰河期的末期形成的，在西伯利亞大約覆蓋了180萬平方公里的面積，北美洲也有一些分布，其中的有機物在還沒來得及被微生物分解前就被冰凍在原地，好像大型的冰箱儲備很多食物以備未來不時之需一樣，只是這個冷凍庫的門一直是開著的。
最近，更溫暖的天氣讓永凍黃土開始融化，形成很多湖泊。當土地解凍、凹陷，上面生長的植物在湖泊邊緣傾倒，這個過程稱為熱融。今天的西伯利亞有30%的面積是湖泊，持續融化的冰讓湖泊更大、更深，融合成製造甲烷的大型水池。
来源:科學人
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