一項新的研究提供了迄今為止關於北極永久凍土融化時發生的情況的最清晰圖片之一。這項研究由馬薩諸塞大學阿默斯特分校的地質學家邁克爾·羅林斯領導，詳細介紹了氣溫升高如何重塑水系統並釋放長期凍結的碳。
研究小組考察了阿拉斯加北部的一個地區，面積與威斯康辛州相當。數百條河流和溪流流入波弗特海。利用 44 年分辨率為 1 公里的模型數據，他們發現徑流正在迅速增加，河流攜帶的碳量也在增加。融化季節將延長至年底。轉眼間，我們已進入夏末和秋季。研究結果發表於 全球生物地球化學循環。
北極河流在全球系統中發揮巨大作用。
北極河流對世界有著驚人的強大影響。它們將世界上約11%的河水排入海洋，而海洋僅佔世界海洋體積的1%。這使得北冰洋對該地區河流和溪流的變化特別敏感。
雖然積雪融化帶來了大量的水，但多年凍土的融化變得越來越重要。地球由一層稱為「活動層」的層組成，每年都會凍結和融化。當天氣變暖時，這一層會更深。結果，更多的地下水流入北極河流。
解凍的土壤正在釋放古老的碳。
活性層含有大量已凍結數千年的有機材料。隨著深度的加深，更多的這種物質會以溶解有機碳 (DOC) 的形式釋放到河流中，並最終進入海洋。
與世界其他地區相比，北冰洋吸收的碳比例不成比例。每年有超過 2.75 億噸二氧化碳轉化為二氧化碳。這會導致全球暖化並形成一個反饋循環，從而加劇氣候變遷的嚴重性。
有限的觀察使得建模變得重要。
了解個別河流如何應對全球暖化是一項挑戰。這是因為阿拉斯加北部的直接測量有限。
「這個問題很難回答，因為阿拉斯加北部的直接觀測非常稀少，」麻省大學阿默斯特分校地球科學、地理和氣候外展副教授羅林斯說。 “沒有足夠接近的河流樣本測量來量化阿拉斯加北坡沿線的河口輸入。”
為了解決這一差距，羅林斯在過去 25 年裡一直在開發永久凍土水平衡模型。該模型估計了積雪、融化和活動層變化等關鍵過程。為了更好地展示真實情況，2021年擴展到模擬溶解有機碳，2024年應用於北極2245萬平方公裡。
模型顯示，未來 80 年，北極徑流可能增加 25%，地下流量增加 30%，南部地區乾旱加劇。
高分辨率建模揭示新模型
先前的模型使用 25 公里寬的網格單元。這項研究透過更精細地捕捉變化來改進這一點。
「通常，我們使用具有 25 公里網格單元的模型，」羅林斯說。 “這項新研究是第一次有人捕獲如此大面積的北極地區。大約有威斯康星州那麼大。可以深入到公里級別。並且在很長一段時間內，我們的模型模擬了從 1980 年到 2023 年 44 年間的每日河流流量和沿海產出。”
運行這個模型需要大量的處理能力。每個模擬在馬薩諸塞州綠色高效能運算中心的超級電腦上連續運行 10 天
羅林斯說：“我們向沿海河口提供的淡水和 DOC 數據將對許多對阿拉斯加北部海岸獨特生態系統感興趣的利益相關者有用，其中包括波弗特潟湖生態系統項目，該項目正在幫助確定來自這些沿海河口的生物的確切數量。”
阿拉斯加西北部的碳增幅最大。
研究人員發現，隨著該地區徑流和融水的增加，但碳輸出的最大增加發生在阿拉斯加西北部。
羅林斯說。 “那裡更光滑”，這意味著永久凍土中數萬年積累的物質分解產生了更多的碳。這是古老的碳。越往東走，地上的山就越多。土壤中的岩石和沙質較多，隨著永久凍土的融化，DOC 的流動性也隨之減少。 」
更長的融化季節正在推動這一變化。
最引人注目的發現之一是有多少變化與永久凍土的融化有直接關係。現在的融化季節比過去持續的時間更長。它延續到九月甚至十月。
這些變化可能會影響鹽度。波弗特海的營養循環和食物網 研究人員目前正在研究冰楔多邊形是如何形成的。這是典型的北極景觀。它如何影響水和碳向沿海地區的移動？
理解碳循環的主要差距
「透過河流和溪流流入海洋的 DOC 量是我們不太了解的碳循環的一部分，」羅林斯說。 “我們需要對陸地與海洋的聯繫進行更多研究。如果我們必須全力應對全球暖化問題及其對沿海生態系統的影響。”
該研究得到了美國國家科學基金會和美國太空總署的支持。
