永冻土的碳排放被低估了14%

Original 陈能场编译土壤家 2021-04-27

导读

到2100年，永冻土中储存的碳的5-15％可能以温室气体二氧化碳的形式排放，这种排放可能导致全球变暖增加0.3至0.4摄氏度。但是这种估计还少了一条二氧化碳可能进入大气层的关键路径：阳光，这让永冻土的碳排放被低估了14%。

译者:陈能场（广东省生态环境技术研究所研究员、中国科协环境生态领域首席传播专家）

作者：Morgan Sherburne （密西根大学）
出处：https://phys.org/news/2020-06-carbon-emission-permafrost-soils-underestimated.html

版权：Pixabay/CC0 Public Domain

将5亿辆汽车排成一排。那就是冻结在北极永冻土中的碳量（大约10亿吨）。

目前，科学家们估计，鉴于当前全球变暖的轨迹，到2100年，永冻土中储存的碳的5-15％可能以温室气体二氧化碳的形式排放。由于微生物的作用，这种排放可能导致全球变暖增加0.3至0.4摄氏度。

但是这种估计还遗落了一条二氧化碳可能进入大气层的关键路径：阳光。

根据密歇根大学的一项研究，融化到湖泊和河流中的永冻土融化后的有机碳可以通过阳光转化为二氧化碳，这一过程称为光矿化。

由水生地球化学家罗斯·科里（Rose Cory）领导的这项研究发现，融化永冻土的有机碳极易受到紫外线和可见光的光矿化作用，并可能向大气中贡献14％的二氧化碳。她的团队的研究发表在《地球物理研究快报》上【J. C. Bowen et al, Arctic amplification of global warming strengthened by sunlight oxidation of permafrost carbon to CO 2, Geophysical Research Letters (2020). DOI: 10.1029/2020GL087085】。

地球与环境科学副教授科里说：“最近，全球气候模型只包含来自于永冻土融化的温室气体。但是，它们都没有这种反馈途径。”

“要获得有关通过氧化可以从永冻土中释放出多少碳的数字，我们必须了解其过程和时间范围：也许这种碳具有极强的抗氧化性，即使融化了，它也会只是流入北冰洋，然后埋在另一个冰柜中。”

由于难以测量阳光如何降解土壤碳，因此一直在讨论这一途径。每种波长的光对土壤有机碳的影响都不同，土壤中铁的含量也不同。为了精确测量有机碳在阳光下的排放方式，Cory的共同通讯作者，伍兹霍尔海洋研究所和U-M明矾的科学家沃德（Collin Ward）开发了一种测量每种波长对土壤有机碳影响的方法。为此，他制造了一种新仪器，该仪器使用LED灯来模拟太阳的不同波长。

沃德说：“这种基于LED的新方法使找出光驱动反应如何随太阳的不同波长变化而变得更加容易和便宜。” “制造完仪器后，我立即打电话给Rose，并告诉她我想先在永冻土样品上使用它。”

研究人员将从六个北极地区土壤样品中浸出的有机碳放入仪器中，然后将样品置于LED灯下。曝光后，他们用低温方法提取了二氧化碳，并使用质谱仪测量了土壤碳释放出的二氧化碳的年龄和数量。

他们发现，不仅太阳光的波长会影响释放的二氧化碳量，而且样品中的铁含量也会影响。铁充当催化剂，增加了土壤的反应性。

科里说：“我们长期以来一直怀疑铁能催化这种阳光驱动的过程，而这正是我们的结果所表明的。”随着铁的总量增加，二氧化碳的量也增加。

科里的团队还使用碳定年法来老化土壤中的有机碳和从中释放出的二氧化碳，以证明这种氧化作用正在古老的永冻土中发生，而不仅仅是每年解冻的土壤。这很重要，因为每年解冻的土壤所释放的二氧化碳量要比永冻土少得多。

研究人员发现它的年龄在4,000到6,300年之间，并且通过证明土壤的年龄，他们表明永冻土碳易受氧化或易氧化为二氧化碳。

科里说：“我们不仅有第一个特定波长的测量结果，而且还证实了这是旧的碳被氧化成二氧化碳。” “我们可以放心，太阳光会氧化旧碳，我们将展示出控制这一过程的因素-正是铁催化了古老（或旧的）碳的太阳光氧化。”

包括U-M团队对气候变化模型的发现，就保守而言，目前北极永冻土中存储的1000亿吨碳中可能有6％释放出来。如果说6％听起来不那么高，请考虑这是大约2千9百万辆汽车排放到大气中的碳当量。