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(guó)科學(xué)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(jìn)展。團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)全球觀測(cè)站和衛(wèi)星記錄的大氣成分進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,進(jìn)一步量化了近百年來(lái)北半球永久凍土甲烷釋放和氧化對(duì)大氣成分的影響程度。相關(guān)研究成果在學(xué)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(lái),大氣二氧化碳增長(zhǎng)導(dǎo)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(jìn)入大氣的過(guò)程中會(huì)被快速氧化,這個(gè)過(guò)程對(duì)永久凍土甲烷釋放強(qiáng)度的估算造成了困擾。
針對(duì)甲烷釋放強(qiáng)度估算這一難題,研究團(tuán)隊(duì)考慮到大量甲烷氧化過(guò)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(lái)大氣氧氣、二氧化碳和甲烷的含量和同位素測(cè)量數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù),計(jì)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(guò)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(lái)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(jìn)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(lái)全球氧碳比值( O2/ CO2 index)變化;B. 近30年來(lái)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(guò)去百萬(wàn)年來(lái)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(kāi)始以來(lái)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(dǎo)致的全球變暖,PLIM會(huì)不斷收縮并導(dǎo)致凍土區(qū)甲烷儲(chǔ)層發(fā)生擾動(dòng)。隨后大量的甲烷會(huì)被釋放到大氣中,進(jìn)一步增強(qiáng)溫室效應(yīng),加速永久凍土的升溫和融化,進(jìn)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(diǎn),凍土甲烷釋放的正反饋會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)地表升溫,有利于打破萬(wàn)年尺度的冰期-間冰期循環(huán),將全球氣候推入到一個(gè)漫長(zhǎng)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(guó)科學(xué)院海洋研究所博士研究生謝國(guó)治,通訊作者為孫衛(wèi)東研究員。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)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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