一个永久冻土,足球场的大小,在加拿大北极的一个未命名湖的岸边。

一个永久冻土,足球场的大小,在加拿大北极的一个未命名湖的岸边。Ed Struzik为耶鲁环境360

多年冻土如何开始改变北极

在千禧年的北极苔原为千年苔原冻土的冻土现在开始解冻。这种解冻可以释放大量温室气体,通过引起滑坡,排水湖泊和改变植被来改变北极景观。

加拿大科学家菲利普沼泽和我正在沿着博福特海的海岸飞行,冰冻的苔原最近陷入了足球场大小的火山岩。沿着未命名的湖泊海岸线,所谓的萧条坍塌是灰色,泥泞和贫瘠,与周围的秋季苔原的辉煌赤褐色和金子鲜明对比。这些倒退的解冻坍塌或山体滑坡 - 形成为温暖的温度,迅速冻解 - 北极越来越多,包括西伯利亚的Yana River盆地的公里长,100米深的Batagaika火山口。

西加拿大北极的苔原长期以来一直在蔓越莓,蓝莓,小植物,灌木,砂砂,和地衣,为灰熊,驯鹿等动物提供丰富的食物。然而,现在,随着永久冻土的解冻和坍塌的膨胀,该景观的部分是在泥土,淤泥和泥炭中转化为泥浆,淤泥和泥炭,吹掉了储存在永久冻土的气候变暖碳的大量气候变暖碳。如果这发生在一个城市地区,那将导致数十个建筑物被吞噬。如果它沿着管道发生了正确的方式,可能会导致环境灾害。

由于北极变暖的速度比地球上任何地区都要快,公众的注意力主要集中在北极海冰的迅速消失上。但陆地上也在发生重大变化,其中最引人注目的是数千年来覆盖在这些极地地区下面的大片永久冻土正在融化。这种融化正在以一种尚不清楚的复杂方式付出代价,而像马什这样的科学家现在正加紧努力,以掌握这些变化在本世纪乃至更长远的时期将如何发挥作用。

永久冻土的约250万平方英里 - 世界总数的40% - 在世纪末可能消失。

我们所知道的是,如果北极继续像气候学家预测的那样迅速变暖,估计250万平方英里的永久冻土层——占世界总冻土层的40%——可以在本世纪末消失,有巨大的后果。最令人震惊的是释放温室气体的巨大商店,包括甲烷,二氧化碳和氧化物,其留在永久冻土中持续锁定。病原体也将被释放。

但不太普遍的欣赏是将改变苔原生态系统的清扫景观变化,使得生存的土着人民越来越困难,例如因纽特人和北极动物寻找食物。涂在泥炭,粘土,岩石,沙子和其他无机矿物质一起粘合在泥炭,粘土,砂和其他无机矿物质上的崩解正在引发山体滑坡和坍塌速度,导致流动流动变化,湖泊突然排水,近距离崩溃,水化学被改变对人类和野生动物来说可能有害的方式。

“我们看到沿着海岸线陷入困境,可以在几天甚至几小时消耗大部分水,”前加拿大政府科学家Marsh说,该科学家现在是安大略省Wilfrid Laurier大学水文教授。“当您认为这里的80%的地面包括冷冻水,这并不奇怪。当冰融化时,冰冻的地面实际上崩溃了。“结果,沼泽,土着社区,资源行业和政府需要更好地了解温暖的气候如何影响水资源和永久性生态系统。“

随着直升机飞行员卷曲的沼泽的研究现场寻找一个干燥的地方,我可以看到远处的哈士奇湖。这是一个独特的三蜥/苔原过渡区,已知灰熊杀死或配合北极熊,海上贝鲁瓦斯游到咸水内陆湖泊。

威尔弗里德·劳里埃大学的研究人员布兰登·沃克从西北地区冻土带上的气象站收集数据。

威尔弗里德·劳里埃大学的研究人员布兰登·沃克从西北地区冻土带上的气象站收集数据。Ed Struzik为耶鲁环境360

从直升机上看,下面的研究营地看起来像一个树枝人。狭窄的木板路连接着气象站、雪量和雨量计,以及测定苔原植物吸收了多少二氧化碳、一氧化二氮和甲烷以及有多少这些气体被排放到大气中的仪器。铺设木板路是为了防止科学家们的靴子打扰正在融化的泥炭和永久冻土层,或歪曲记录。太阳能电池板和备用发电机为一切提供动力,其中包括一堵为防止灰熊和北极熊进入而设计的通电围栏。

马什在北极进行了40多年的野外工作,他于1991年在Trail Valley Creek建立了这个研究站。它不仅位于地球上最迅速变暖的地区,而且是一条新的北极公路的所在地,数百个现在处于休眠状态的勘探石油和天然气钻井地点,以及一些北极最重要的鸟类筑巢地。像所有的冻土科学家一样,他和他的同事在艰苦的条件下工作,在夏天击退成群的叮咬苍蝇和蚊子,在寒冷的冬天测量积雪和地面温度。

Marsh在加拿大北极的研究已经让他得出结论,气候变暖将导致本世纪的水文变化,将在世界上最大的三角洲达到Mackenzie河三角洲的45,000湖中的15,000名湖泊。他还希望在渥太华大学看到更多的Antoni Lewkowicz,地理学家和永久押土专家,在加拿大高北极的银行岛上看到北部的父亲。Lewkowicz最近报道了一个在288个湖泊中,下降量增加了60倍他从1984年到2015年一直用卫星图像监测。

估计的1,400个碳在北极永久冻土中被冷冻,使其成为世界上最大的碳汇之一。

突然灾难性的力量可能发生坍塌。在一个值得注意的情况下在延时摄影捕获2015年由史蒂夫·柯克尔·西北地区地质调查专家史蒂夫·科克尔省,一个迅速解冻的悬崖毗邻苔原湖的海岸,倒入西北地区的剥河流域。在只需两个小时内,创建的瀑布从该高地湖中排出了大约80万加仑的水。在汞的永久冻土中的重金属,含有淤泥和泥炭,粉碎,污染河流系统下游。


Permafrost发生在地面温度仍然低于冻结标记两年以上的区域。大约四分之一的北半球景观适合这个定义。世界上大多数的永久乳房在俄罗斯北部,加拿大,阿拉斯加,冰岛和斯堪的纳维亚找到。大部分地利用泥炭生态系统。但像泥炭一样,多年冻土也被发现在加拿大和阿拉斯加,阿尔卑斯山,喜马拉雅山,南美高空巴塔哥尼亚地区的阿拉斯加,以及新西兰的高山。

永久冻土的迅速融化对气候变化有着巨大的影响。据估计,永久冻土中冻结着1.4亿吨碳,使北极成为世界上最大的碳汇之一。这大约是自工业革命以来人类排放量的四倍,几乎是两倍于目前包含在大气中的两倍.根据最近的一份报告,在世纪末的温度增加3.6华氏度(2摄氏度) - 预计将导致世界永久冻土的损失约为2100。

Tundra上的温室气体以两种方式发布。作为永久冻解的解冻,一旦休眠微生物分解有机物,使甲烷和碳在大气中释放。解冻还可以打开甲烷的途径,从地球深的水库上升。

研究人员埃文·威尔科克斯(Evan Wilcox,左)和尼尔斯·韦斯(Niels Weiss,右)从冻土带中提取富含冰的永久冻土带核。
研究人员埃文·威尔科克斯(Evan Wilcox,左)和尼尔斯·韦斯(Niels Weiss,右)从冻土带中提取富含冰的永久冻土带核。

研究人员埃文·威尔科克斯(Evan Wilcox,左)和尼尔斯·韦斯(Niels Weiss,右)从冻土带中提取富含冰的永久冻土带核。Ed Struzik为耶鲁环境360

导致温室气体释放的永久冻土解冻在北极来强化。根据Lewkowicz的说法,在加拿大银行岛上发生的大部分大部分达到的大多数发生在加拿大的银行岛上发生的最温暖的一年。1984年,该岛有60次积极的坍塌。到2013年,有4,000人。Lewkowicz预计未来几年岛屿可能会看到多达30,000个新的积极衰退。

这种融化将对湖泊和河流的流量和化学成分产生深远影响,也将对河流流入北冰洋的部分产生深远影响。例如,卢科维奇的卫星数据显示,班克斯岛上的许多湖泊的颜色已经从蓝色变成了青绿色,这表明曾经清澈的水已经充满了沉积物。

科学家们怀疑,随着温度的升高,这种衰退可能会使病原体从休眠状态中释放出来,从而使能够杀死麝牛、驯鹿和筑巢鸟类的病原体获得新生。在加拿大的班克斯和维多利亚群岛,麝牛大量死亡驯鹿在西伯利亚,似乎与曾经休眠的病原体有关。

雪融化的日期是决定永久冻土层融化速度的关键。

科学家们还发现,20世纪70年代和20世纪80年代,石油和天然气产业挖掘出数百块油污正在解冻。例如,应该在mackenzie delta中永久包含在200个冷冻凹坑中的有毒石油废物是迁移到附近的淡水生态系统中


在Trail Valley Creek,地理学博士后研究员Carolina Voigt和蒙特利尔大学的水文学家Oliver Sonnentag正在使用手动和自动传感器来测量气候变化如何影响冻原上的温室气体活动。威尔弗里德·劳里埃大学(Wilfrid Laurier University)地理学博士研究生埃文·威尔科克斯(Evan Wilcox)就北极地区灌木的迅速扩张(气温上升的结果)对永久冻土融化所起的作用做出了重要发现。在整个变暖的北极,灌木正在向苔原扩张,在那里,草、莎草和地衣曾经很流行。高大的灌木不仅遮蔽了下面较小的植物,它们还改变了生态系统的水文状况。

“我们发现雪融化的日期是确定活跃层Permafrost解冻的速度的关键,”Wilcox说。“苔原地区的雪地,你有矮人等矮人桦树的灌木往往比在没有灌木的地区之前一周融化。这导致更多的永久性解冻。随着灌木扩展到苔原中,我们可能会看到解冻的加速度。“

Trail谷Creek研究站的鸟瞰图在西加拿大北极,位于沿着Mackenzie三角洲。

Trail谷Creek研究站的鸟瞰图在西加拿大北极,位于沿着Mackenzie三角洲。Ed Struzik为耶鲁环境360

Wilcox钻孔钢探头 - 近年来夏天多达3,000 - 进入地面,以确定地面冻解的深度。艰苦的那样,牛仔队的沼泽地沼泽地的尼尔斯·韦斯(Niels Weiss)有一个更加艰难的时光锤击固体冰,以获得他需要确定多年冻土中含有多少和什么样的有机材料。Weiss在西伯利亚,斯堪的纳维亚和加拿大进行了Permafrost Research,他和其他人发现碳储存和汽油从这些生态系统中释放的方式取决于土壤组成,地下水和树木,灌木等各种因素。或草是主要的。他说,明确的是,即使在北极的最寒冷的地方,Permafrost也在加速率。

马什说,尽管该地区永久冻土融化的影响还有很多有待发现的地方,但有一件事正变得越来越清楚:在未来几十年,冻土带的景观将与现在有很大的不同。

随着我们在春天洪水期间扫除水分扫过的途中,这种变化是显而易见的。三十年前,地衣和坟墓主导了这种景观。今天,威尔源和灌木在苔原上正在增强。丰富的驯鹿曾经在地衣喂食,他们在Tuktoyaktuk半岛的数字在2006年击中了3,000人。现在,只有一半的数字仍然存在。

2020年1月24日更正:先前版本的本文错误地描述了永久冻土作为融化。永久冻土不融化;它解冻了。