海洋所研究發(fā)現(xiàn)凍土甲烷釋放和氧化顯著影響大氣氧碳比值范圍
近日,中國科學院海洋研究所孫衛(wèi)東課題組在全球碳循環(huán)及通量估算方面取得重要進展。團隊通過對全球觀測站和衛(wèi)星記錄的大氣成分進行大數(shù)據(jù)分析,進一步量化了近百年來北半球永久凍土甲烷釋放和氧化對大氣成分的影響程度。相關(guān)研究成果在學術(shù)期刊Science Bulletin和Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers (封面文章)發(fā)表。
工業(yè)革命以來,大氣二氧化碳增長導致全球變暖,增速了北半球永久凍土退化,使凍土甲烷大量釋放。然而,甲烷在釋放進入大氣的過程中會被快速氧化,這個過程對永久凍土甲烷釋放強度的估算造成了困擾。
針對甲烷釋放強度估算這一難題,研究團隊考慮到大量甲烷氧化過程中的高耗氧量可能造成大氣氧碳比值的全球及區(qū)域性變化,因此研究整理了近百年來大氣氧氣、二氧化碳和甲烷的含量和同位素測量數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù),計算了全球及不同地區(qū)的年氧碳比值( O2/ CO2 index)和斜率( O2/CO2 slope)。研究發(fā)現(xiàn),永久凍土地區(qū)的甲烷釋放和氧化過程造成了氧-碳比值和斜率不斷下降到–2左右,接近甲烷氧化所需的耗氧量。從全球分布來看,永久凍土區(qū)的大氣表現(xiàn)出了高的甲烷含量和最輕的碳同位素值( 13co2),進一步指示了永久凍土區(qū)在持續(xù)大量釋放甲烷到大氣中并快速氧化。
全球及區(qū)域性大氣氧碳比值和斜率變化。A. 1900年以來全球氧碳比值( O2/ CO2 index)變化;B. 近30年來地區(qū)氧碳斜率( O2/CO2 slope)變化
該研究提出間 冰期最大值期間永久凍土線(PLIM)的概念。PLIM是過去百萬年來不受間冰期變暖影響的永久凍土邊緣,其內(nèi)凍土層下保存著自冰期-間冰期旋回開始以來積累的大量甲烷。現(xiàn)今的全球及區(qū)域性大氣氧碳比值變化表明,隨著人為碳排放導致的全球變暖,PLIM會不斷收縮并導致凍土區(qū)甲烷儲層發(fā)生擾動。隨后大量的甲烷會被釋放到大氣中,進一步增強溫室效應,加速永久凍土的升溫和融化,進而釋放更多的溫室氣體。目前,全球氣候正處于間冰期臨界點,凍土甲烷釋放的正反饋會進一步促進地表升溫,有利于打破萬年尺度的冰期-間冰期循環(huán),將全球氣候推入到一個漫長的溫室期。

間冰期最大值期間永久凍土線(PLIM)收縮,凍土甲烷加速釋放模型圖
相關(guān)論文第一作者為中國科學院海洋研究所博士研究生謝國治,通訊作者為孫衛(wèi)東研究員。該研究得到了國家自然科學基金委、中國科學院先導科技專項等項目資助。
論文信息:
Xie Guozhi, Zhang Lipeng, Li Congying, Sun Weidong. (2023). Accelerated methane emission from permafrost regions since the 20th century. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 195, 103981. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2023.103981
Xie Guozhi, Sun Weidong. (2023). The retreat of the permafrost line during the interglacial maximum. Science Bulletin, S2095-9273. https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.08.053
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