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  • 北极的潘多拉魔盒被打开了?

    甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体,虽然在大气中的相对浓度不足二氧化碳的1/200,但在100年间的增温效应却要强25倍。自工业化以来,二氧化碳的浓度增添不到50%,而甲烷的浓度则增添了约150%。近来,英国《卫报》的一篇报导称,在北冰洋海底发明了新的甲烷走漏点,甲烷开释机制已被触发。但这一说法却激发了争议。

    本文来自微信民众号:环球科学(ID:huanqiukexue),作者:樊亦非,题图来自:视觉中国

    环球约99%的甲烷水合物都构成于大陆坡的海洋堆积物中,剩下的1%则与北半球高纬度地区的多年冻土(permafrost,最少一连两年处于或低于0℃的地面)相干。15000年来,海平面约升高了100米,凝结着甲烷的陆地堆积物被暴露在较先前陆地上更暖的海水中。一般来说,现在在环北冰洋地区,位于陆地几百米厚多年冻土之下,以及深海大陆坡之下的甲烷水合物都邑保持稳固,只要浅层大陆架多年冻土和大陆坡上部份中的甲烷水合物轻易剖析。

    北极的潘多拉魔盒被打开了?插图

    从陆地到海盆的剖面示意图。一般以为只要浅层大陆架和和大陆坡上部份中的甲烷水合物轻易剖析,但近来ISSS科考职员发明,在300米深处的海洋堆积物也有甲烷渗漏。

    在过去几十年中,北极外表气温的升高幅度凌驾环球平均气温的2倍摆布,这类北极增温明显快于地球其他处所的征象即“北极放大”效应(Arctic Amplification)。该效应的存在,使得科学家们尤其体贴北极温室气体含量的变化,充溢不确定性的甲烷水合物天然也吸引着越来越多的科研眼光。

    新的甲烷走漏点

    由俄罗斯和瑞典协作展开的国际西伯利亚大陆架研讨(ISSS)项目已有15年的汗青,它的目的就是观察绵亘数百千米的东西伯利亚北冰洋大陆架(East Siberian Arctic Ocean Shelf)处,冰冻圈-天气-碳这三者之间相互作用的状况。为了举行新一轮的考核,满载着60名队员的Akademik Keldysh科考船已于本年9月26日起程,于11月4日返航。

    北极的潘多拉魔盒被打开了?插图1

    Akademik Keldysh科考船。图片泉源:ISSS

    在这次考核中,科考队员初次观察到,在东西伯利亚大陆坡的一大片地区(离岸约600千米),堆积物中凝结的甲烷已入手下手开释。在150千米长,10千米宽的大陆坡地区内,6个监测站点的观察效果均显现,有团团气泡从海底冒出。

    在拉普捷夫海(Laptev Sea)300米深某处,探测到的甲烷浓度高达每升1600纳摩尔,比海洋和大气处于平衡态时的状况凌驾400倍。此前,该团队就在这片地区的北极大陆架处发明了甲烷开释点,第二年又在拉普捷夫海和东西伯利亚海的浅层,发明有甲烷气泡流从海底凹坑里涌出。

    科考团队示意,绝大多数开释出的气泡现在还消融于水中,但海表甲烷浓度是一般状况下的4到8倍,而这些甲烷正在被排放进入大气中。虽然这些开释出的甲烷现在还不太大概对环球天气发作大的影响,但症结的是,大陆坡底本被以为是天然气水合物稳固区,现在个中的甲烷水合物已被扰动,甲烷开释历程已被触发,而且还将延续。他们以为,流入这片海疆的温煦洋流,最有多是形成甲烷水合物失衡的缘由。

    他们也强调,这些只是开端发明,他们科考完毕返回后,还要细致地剖析所收集的数据。比及他们的研讨成果在偕行评断后正式宣布,我们才得知甲烷开释量的详细数字。

    激发争议

    在这篇报导发出后,瑞典隆德大学和挪威奥斯陆大学的副传授Frans-Jan W. Parmentier、NASA的研讨科学家Ben Poulter、德国阿尔弗雷德·魏格纳研讨所的高等研讨员Paul Overduin和芝加哥大学的传授David Archer都在特地判别媒体对天气变化报导真实性的批评网站“天气反应”(Climate Feedback)上,对这篇文章所转达的看法表达了保存性立场。

    起首,上述专家以为在缺少历久观察纪录的状况下,不能直接断言北冰洋中的甲烷羽流正在增添,因为海底的甲烷大概已悄悄开释了一段或长或短的时候,只不过我们刚适才发明罢了。在2014年《科学》上的一项研讨中,研讨者剖析了挪威斯瓦尔巴特(Svalbard)海岸四周海洋堆积物中甲烷的渗漏纪录,发明这里的甲烷已开释了最少3000年,而这则是海底水温一般地季节性波动1~2℃的效果。

    其次,这些堆积物开释的甲烷不足以对大气发作影响,以“甜睡的巨兽”为标题强调了现实。

    在先前的一项研讨中,研讨职员应用简朴的气泡模子形貌了甲烷气泡从堆积物中冒出后,垂直向上运送的历程,连系观察数据,预计了气泡终究能将若干甲烷从海洋运送至大气中。效果表明,只要在异常浅(如小于100米)的水层中,才会明显有甲烷被开释到大气中。

    终究会有若干甲烷因气泡运送而进入大气,取决于气泡的初始大小、开释深度,以及气泡开释局限是不是足够大而激发了气泡羽流。

    当海水凌驾100米深时,向上浮升的甲烷气泡很快就会消融于海水当中,终究被好氧的甲烷氧化菌消耗掉。不论是在斯瓦尔巴特四周,照样拉普捷夫海,甲烷水合物地点深度都凌驾了300米,因而这些甲烷水合物纵然不再稳固,也不太大概穿过层层障碍而影响到大气中的甲烷浓度。

    2017年宣布于《天然》的一项报告指出,在斯瓦尔巴特四周发明的甲烷走漏点多达1000多个,覆盖了从北纬74°延长至北纬79°的一大片地区。斯瓦尔巴特四周已布控了大局限的陆基、海基和空基监测手腕,只管这里存在着大面积的堆积甲烷开释,现在却仍未发明它对大气有任何明显的影响。如此说来,我们临时无需为拉普捷夫海早先发明的6个走漏点而忧郁。

    经由过程研讨环球甲烷排放量,以及预算其种种排放源,我们可以评价这些甲烷开释的趋向。一项针对2000~2017年环球甲烷收支的数据研讨显现,过去近20年内北极甲烷排放量并未增添,这说明堆积物开释的甲烷现在未对天气发作明显影响。大气中的甲烷重要照样来自农业、废弃物处置惩罚、化石燃料和天然湿地。

    就在文章宣布一周后,《卫报》修订了报导的部份内容,并强调这项观察只给出了一个开端性效果。但撇开争议,我们也要邃晓,北极是遭遇天气变化影响最严峻的地区,但也是一个未被充足研讨的处所,这里的每一项新发明都具有代价。

    真正的危急

    因为天然气水合物对温度和压力敏感,历久的天气变化历程大概会触发其剖析,开释出的大批甲烷会加强温室效应,而增温加重又会使更多多年冻土消融,开释出更多的甲烷。这类一旦启动,就很难停下来的正反应历程,被称为可燃冰放射假说(clathrate gun hypothesis),底本是为了诠释第四纪(Quaternary,约260万年前至今)时代地球的敏捷增温征象而提出的。

    但是,这类将天气变温煦水合物失稳联络在一起的古天气诠释现在依然存在争议,而且不管是过去照样将来,要使环球大批甲烷从水合物中开释出来,都最少须要几百年的时候。因而,我们既要忧郁悠远的将来,也同时应当关注怎样处理一些十万火急。

    北极的潘多拉魔盒被打开了?插图2

    差别情形下环球温室气体排放量及到2030年的排放差异。图片泉源:联合国环境规划署《2019年排放差异报告》

    本年9月,《天然·天气变化》上的一项研讨警示,敏捷变暖的北极已入手下手从冰冻态转至完整差别的天气态,其天气的年际更改已超越汗青时代的波动局限。科学家发明,近几十年来北极最冷时代的海冰,较20世纪中叶夏日的海冰还要少。而因为秋、冬季气温明显升高,到本世纪中叶,北极大概会有数月涌现降雨,而不是降雪。

    现实上,另一些相似可燃冰假说的正反应历程确实正在发作。比方气温升高时,北极海冰和陆地冰盖消融会加重,致使地表反照率下降,更多的太阳辐射被吸取,从而进一步拉动气温升高。另外,较高的温度会收缩碳在泥土中停止的时候,使大批碳被开释出,加强温室效应。要知道,环球泥土中的碳含量是大气中的2至3倍。

    近期,《天然·通信》的一项研讨表明,环球较工业化前升温2℃(即《巴黎协议》建立的增温限定)将致使环球泥土开释约2300亿吨的碳,约为过去100年中我国碳排放量总和的4倍。假如包括多年冻土中的碳丧失,预算的数值还会更大。

    《科学报告》上的一项研讨指出,假如天然甲烷源延续扩增,那末2100年时大气中的甲烷浓度将升高42%。先比之下,工资减排发作的积极影响则要大得多,大概使80年后大气中的甲烷含量减半。所以,与其臆想一头海洋怪物,不如经由过程现代科技来削减人类运动发作的温室气体,这才是我们应当做且可以做的。

    参考链接:

    https://www.theguardian.com/science/2020/oct/27/sleeping-giant-arctic-methane-deposits-starting-to-release-scientists-find 

    https://climatefeedback.org/evaluation/guardian-article-on-arctic-methane-emissions-lacks-important-context-jonathan-watts/ 

    Ruppel, C. D., and Kessler, J. D. (2017), The interaction of climate change and methane hydrates, Rev. Geophys., 55, 126‐ 168, doi:10.1002/2016RG000534.

    https://www.usgs.gov/centers/whcmsc/science/gas-hydrates-climate-and-hydrate-interactions 

    本文来自微信民众号:环球科学(ID:huanqiukexue),作者:樊亦非

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