异常的北极气候推动对意外碳排放的科学探索

在这张 2017 年的卫星图像中，加拿大麦肯齐河的沉积物呈乳白色漩涡状流入波弗特海。科学家们正在研究河流排放如何推动北冰洋这一部分的二氧化碳排放。图片来源：美国国家航空航天局地球观测站（NASA Earth Observatory），杰西-艾伦（Jesse Allen）使用美国地质调查局提供的大地遥感卫星数据拍摄。

麦肯齐河对碳排放的影响

这项研究发表在今年早些时候的《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）杂志上，探讨了科学家们如何利用最先进的计算机模型来研究麦肯齐河等河流。与北极的许多地区一样，麦肯齐河及其三角洲近年来一年四季的气温都明显升高，导致水道和地貌的融化和解冻加剧。

在加拿大西北地区的这个沼泽角落，加拿大大陆第二大河流系统结束了从阿尔伯塔省附近开始的千里旅程。沿途河流充当了矿物养分以及有机物和无机物的传送带，这些物质以溶解碳和沉积物的形式流入波弗特海。在自然过程中，部分碳最终被释放或排出到大气中。

2007 年，从 NASA 的 Terra 卫星上看到的麦肯齐河就像一条碳输送带，在北上北冰洋的途中流经近 70 万平方英里（180 万平方公里）的区域。其中一些碳来自解冻的永久冻土和泥炭地。资料来源：NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS 和美国/日本 ASTER 科学小组

科学家们一直认为波弗特海东南部是一个弱到中等程度的二氧化碳汇，这意味着它吸收的温室气体比释放的温室气体要多。但是，由于缺乏来自偏远地区的数据，因此存在很大的不确定性。

先进的建模技术和研究结果

为了填补这一空白，研究小组采用了一个名为 ECCO-Darwin 的全球海洋生物地球化学模型，该模型由位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室（JPL）和位于剑桥的麻省理工学院（MIT）共同开发。该模型吸收了二十多年来通过海基和星基仪器收集到的几乎所有可用海洋观测数据（例如，贾森系列测高仪的海平面观测数据，以及 GRACE 和 GRACE Follow-On 任务的海底压力观测数据）。

科学家们利用该模型模拟了近 20 年内（从 2000 年到 2019 年）淡水的排放及其携带的元素和化合物，包括碳、氮和二氧化硅。

来自法国、美国和加拿大的研究人员发现，河水排放在波弗特海东南部引发了强烈的放气现象，导致碳平衡失衡，每年净释放二氧化碳 13 万公吨，大约相当于 2.8 万辆汽油动力汽车的年排放量。二氧化碳释放到大气中的情况因季节而异，在温暖的月份更为明显，因为此时河流排水量大，海冰覆盖和捕获气体的能力较弱。

气候变化的原点

几十年来，科学家们一直在研究碳如何在公海和大气之间循环，这一过程被称为海气二氧化碳通量。然而，北极沿岸边缘地区的观测记录非常稀少，那里的地形、海冰和漫长的极夜都给长期监测和实验带来挑战。

第一作者、法国滨海环境与社会组织的科学家 Clément Bertin 说："通过我们的模型，我们试图探索沿海边缘地区和河流对北极碳循环的真正贡献。"

这些见解至关重要，因为北冰洋大约一半的面积是由沿岸水域组成的，陆地与海洋在这里复杂地交汇。虽然这项研究的重点是北冰洋的一个特定角落，但它有助于说明该地区正在发生的更大范围的环境变化。

科学家们说，自 20 世纪 70 年代以来，北极变暖的速度至少是地球上其他地方的三倍，从而改变了它的水域和生态系统。其中一些变化促进了该地区更多的二氧化碳排出，而另一些变化则导致更多的二氧化碳被吸收。

例如，随着北极土地解冻，更多的冰雪融化，河流水流更加湍急，将更多的有机物从永久冻土和泥炭地冲入海洋。另一方面，漂浮在海面附近的微小浮游植物正越来越多地利用海冰的缩小，在新发现的开阔水域和阳光下绽放。这些类似植物的海洋生物在光合作用中捕捉并吸收大气中的二氧化碳。ECCO-Darwin 模型正被用于研究这些水花以及北极地区冰与生命之间的联系。

科学家们正在跟踪北极及其他地区这些看似微小的巨大变化，因为我们的海洋水域仍然是应对气候变化的重要缓冲区，它能封存化石燃料燃烧所产生的多达 48% 的碳。

编译来源：ScitechDaily