研究人员在被忽视的景观中意外发现大量甲烷源

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当凯蒂·沃尔特·安东尼 (Katey Walter Anthony) 听到有传言称，一种强效温室气体甲烷在费尔班克斯居民的草坪下膨胀时，她几乎不敢相信。
“多年来我一直忽略这个问题，因为我认为‘我是一名湖沼学家，湖泊中存在甲烷’，”她说。
但当一名当地记者联系到阿拉斯加大学费尔班克斯分校北方工程研究所的研究教授沃尔特·安东尼，让她检查附近高尔夫球场的水床状地面时，她开始留意了。和费尔班克斯的其他人一样，他们点燃了“草皮泡沫”，并确认了甲烷气体的存在。
后来，当沃尔特·安东尼查看附近的地点时，她震惊地发现甲烷不仅仅来自草原。“我穿过森林、桦树和云杉树，发现甲烷气体从地面大量涌出，”她说。
“我们必须对此进行更多研究，”沃尔特·安东尼说道。
在美国国家科学基金会的资助下，她和同事对阿拉斯加内陆和北极的旱地生态系统进行了全面调查，以确定这是否是一次性的异常现象还是无法预见的担忧。
他们的研究于今年 7 月发表在《自然通讯》杂志上，报告称，高地景观释放的甲烷排放量是北方陆地生态系统中迄今为止最高的。更重要的是，甲烷中的碳元素比研究人员此前在高地环境中发现的碳元素早了数千年。
沃尔特·安东尼说：“这与人们对于甲烷的看法完全不同。”
由于甲烷的效力比二氧化碳高出25至34倍，这一发现给人们带来了新的担忧：永久冻土融化可能会加速全球气候变化。
这一发现对目前的气候模型提出了挑战，该模型预测随着北极变暖，这些环境将成为微不足道的甲烷来源，甚至成为甲烷汇。
通常，甲烷排放与湿地有关，湿地中水分饱和的土壤含氧量较低，有利于产生甲烷的微生物。然而，研究中排水良好、较干燥的地点的甲烷排放量在某些情况下高于湿地的测量值。
冬季排放量尤其如此，一些地区的排放量比北方湿地的排放量高出五倍。
深入挖掘源头
“我需要向自己和其他人证明这不仅仅是高尔夫球场的事情，”沃尔特·安东尼说。
她和同事在阿拉斯加干燥的高地森林、草原和苔原中确定了另外 25 个地点，并在三年内全年测量了 1,200 多个地点的甲烷通量。这些地点包括土壤中含有大量淤泥和冰的地区，以及被称为热喀斯特丘陵的永久冻土融化迹象，在这些地区，融化的地下冰会导致部分土地下沉。这留下了类似“鸡蛋盒”的锥形山丘和下沉的沟渠。
研究人员发现，除三个地点外，其他所有地点都在排放甲烷。
该研究团队由阿拉斯加大学北极生物研究所和地球物理研究所的科学家组成，他们将通量测量与一系列研究技术相结合，包括放射性碳测年、地球物理测量、微生物遗传学和直接土壤钻探。
他们发现，一种被称为塔利克（taliks）的独特地貌，即深而广阔的地下土壤袋，常年不结冰，可能是造成甲烷排放量增加的原因。
这些温暖的冬季避风港使土壤微生物保持活跃，在它们通常不会造成碳排放的季节分解和呼吸碳。
沃尔特·安东尼表示，高地塔利克火山灰已成为科学家们关注的焦点，因为它们有可能增加永久冻土的碳排放量。“但大家都在考虑相关的二氧化碳排放，而不是甲烷，”她说。
研究小组强调，在更新世时期耶多玛沉积物的地区，甲烷排放量尤其高。这些土壤含有大量碳，深达地表以下数十米。沃尔特·安东尼怀疑，这些土壤的高粉砂含量阻止氧气到达塔利克深层解冻的土壤，这反过来又有利于产生甲烷的微生物。
沃尔特·安东尼表示，正是这些富含碳的沉积物让他们的新发现引起了全球关注。尽管叶多玛土壤仅覆盖了永久冻土区的 3%，但它们所含的碳量却占北部永久冻土总碳量的 25% 以上。
研究还通过遥感和数值模拟发现，热喀斯特丘陵正在泛北极耶多玛地区发展。随着北极持续变暖，预计到 22 世纪，这些丘陵将大规模形成。
沃尔特·安东尼说：“在耶多玛高地形成塔利克的地方，我们都可以预见到强大的甲烷源，尤其是在冬天。”
她说：“这意味着本世纪永久冻土的碳反馈将比任何人想象的都要大得多。”