气候变暖或会导致湿地释放的甲烷大幅上升
近日，由美国地质调查局（U.S. Geological Survey）领导的、发表在《科学进展》（Science Advances）期刊上的一项研究发现，气候变暖或会导致淡水湿地释放的甲烷大幅上升。这一发现对以减少人类温室气体排放为重点的气候缓解战略具有重大意义。
（图源：Public Domain）
甲烷是一种在大气中产生强烈温室效应的气体。据估计，它对气候变化导致的气温升高贡献了约25%。但它的工作原理与二氧化碳（众所周知的温室气体）截然不同。甲烷的吸热能力比二氧化碳强很多倍。但它在大气中的寿命更短，因为它基本上会随着时间的推移而分解。另一方面，二氧化碳更顽固。它不像甲烷那样分解，所以二氧化碳可以永远留在空气中。
水生生态系统中的天然甲烷排放量可能会因人类引起的气候变暖而增加，尽管增加的幅度非常不确定。使用一个超大的甲烷通量数据集（约19000个室内测量值）和遥感信息，研究团队模拟了北美最大的湿地综合体——大草原坑洞区（ Prairie Pothole Region，PPR）的甲烷排放。该地区是该大陆最大的湿地综合体（约820000 平方公里），也是世界第十大湿地。它横跨美国五个州和加拿大三个省。甲烷排放受水文、温度、植被和湿地大小的影响。历史上，大草原坑洞区湿地甲烷排放量在很大程度上取决于湿地总面积。然而，无论未来湿地的范围如何，预计到2100年，在中度或严重变暖的情况下，大草原坑洞区湿地甲烷排放量将分别增加两倍或三倍。研究结果表明，减少大气甲烷浓度的国际努力应共同考虑人为和自然排放，以保持本世纪末的气候缓解目标。
在这项研究中，北美最大的湿地综合体预计甲烷排放量将大幅增加。研究团队使用复杂的计算机建模和庞大的数据集，他们集中了在收集数据的13年期间影响甲烷排放的因素。然后，他们使用该模型预测未来气候变化将如何影响甲烷排放。该模型表明，水文、温度、植被和湿地大小都是甲烷排放的驱动因素。湿地大小是决定中型湿地释放甲烷量的最大因素，中型湿地面积约为5至10英亩（2至4公顷），有机土壤厚，植被茂密，滞水排放的甲烷比小型或大型湿地排放的甲烷要多得多。在这些湿地，温度升高导致甲烷排放量急剧增加。
在工业化之前，天然源排放的甲烷在大气中的自然分解过程中得到了平衡，因此它导致了变暖，但不是不受控制的变暖。这类似于一个人用毯子盖住自己。一开始，它们会升温，但随后它们会达到一个平衡，即毯子捕获的热量与空气中损失的热量相平衡。当今，大气中的甲烷有一半来自人类，而剩下的一半来自沼泽和湿地等自然资源。在这些水生地方，微小的微生物以有机物质为食，产生甲烷作为废物。它们产生多少甲烷取决于许多因素。
研究人员指出，自从工业化以来，人们在现有的大气覆盖层上又增加了1.5层甲烷，且还在不断增加。如果人们能够减少甲烷排放，那么多余的毯子就会开始剥落，让地球降温。
甲烷强烈的温室效应加上它随着时间的推移从地球大气中消失的事实，创造了一个独特的机会，通过关注甲烷来减缓气候变化的速度。随着甲烷排放量的减少，大气中的甲烷浓度也会下降，减缓气候变暖的速度，给人们更多的呼吸空间来应对二氧化碳。它就像是应对气候变化的救生衣。
问题是，人类需要削减多少甲烷才能实现《巴黎协定》的目标，将全球气温上升幅度控制在2摄氏度以下？气温升高2度是值得注意的，因为大多数科学家都认为，在气候变化产生不可逆转的影响之前，地球可以变暖。以100多个国家签署的《全球甲烷承诺》为例，到2030年将甲烷排放量减少30%。这项研究的结果表明，如果目标仅仅集中于人的排放量，30%可能是不够的。
研究发现，在中度到重度变暖的情况下，湿地的排放量，无论大小，将分别增加2到3倍。如果发生这种情况，湿地将增加额外的甲烷覆盖层，就像人类停止增加覆盖层一样，抵消所取得的任何收益。这表明，需要减少比以前计划的更多的甲烷排放，以保持气温下降，并满足当前的气候缓解目标，以使全球变暖不超过2度。
最后，本研究对湿地管理也有启示。甲烷并不是湿地所产生的唯一温室气体。湿地中产生甲烷的条件也有利于从大气中去除和储存二氧化碳。这需要通过生物和化学过程之间的复杂相互作用，但最终二氧化碳通过光合作用从空气中吸收，转化为活植物，死亡、分解并形成有机土壤。这些土壤需要很长时间才能发育，因此湿地越老，其储存的碳就越多。
（大草原坑洞区的小湿地排放的甲烷量相对较少，但恢复这些湿地可为野生动物提供栖息地等大好处。这个地区尤其为水鸟提供了重要的栖息地。图源：Public Domain.）
湿地储存了相当多的碳。科学家估计，尽管湿地只覆盖了地球表面的一小部分，但陆地土壤中储存的有机碳中，有多达一半是在湿地中发现的。老湿地释放的甲烷与大气平衡，也就是说，它们产生甲烷的速度与分解甲烷的速度相同，但二氧化碳的去除是连续的。这意味着从长远来看，湿地对气候有净降温作用，就像每隔这么多年就会自动去除一层毯子。
这项研究表明，在气候变暖的情况下，排干湿地似乎是防止天然甲烷排放增加的一个好办法。然而，被排干的湿地并没有生态功能，因此它们无法再从大气中去除二氧化碳。更糟糕的是，当湿地中发现的有机土壤变干时，它们会分解，并迅速将所有的二氧化碳释放回大气中，这些二氧化碳在几个世纪甚至几千年中被清除和储存。
根据这项研究的结果，恢复湿地似乎对气候不利。事实上，没有那么简单。小于1英亩（0.5公顷）的小湿地排放的甲烷相对较少，恢复这些湿地带来了巨大的好处。它们为野生动物提供栖息地，并去除水体中多余的营养物质。他们甚至可以通过提供防洪等生态系统服务来帮助附近的社区。
在进行研究的地区，小湿地占需要恢复的湿地的大部分。因此，该地区湿地恢复的净收益可能超过额外甲烷排放的负面影响。即使是大规模的湿地恢复也为人们带来了许多好处，只要在气候缓解规划中考虑到甲烷排放，这些好处可能会超过对甲烷排放的担忧。
这项研究侧重于甲烷，但二氧化碳和一氧化二氮也是湿地捕获或释放的温室气体。美国地质调查局未来对这两种额外温室气体的研究将有助于了解湿地如何促进或缓解气候变化的全貌。它还可以揭示哪些类型的湿地通过排放最少的温室气体而捕获最多的二氧化碳，对减缓气候变化最有利。目前，这项研究表明，减少温室气体的气候变化缓解战略必须考虑自然资源以及气候变暖将如何影响其排放。
参考资料来源：
1.https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade1112
2.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36857447/
3.https://www.usgs.gov/news/featured-story/climate-warming-likely-cause-large-increases-wetland-methane-emissions
编译：Daisy 审核：Sara
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