永久凍土層已開(kāi)始釋放封存的甲烷

馬查·索基特維奇

2 0 1 4年年底， 西伯利亞的亞馬爾半島突然聲名鵲起。該地區(qū)永久凍土層上蔚為壯觀的神秘天坑，引發(fā)了有關(guān)大量溫室氣體——甲烷進(jìn)入大氣的種種猜測(cè)。

這一事件導(dǎo)致大量甲烷由亞馬爾半島西部近海海底進(jìn)入大氣中，涉及區(qū)域的面積達(dá)5 0 0平方米。甲烷的氣壓延伸形成2 5米的水柱。在西伯利亞的永久凍土層中藏有大量甲烷，而這個(gè)永久凍土層正在融解。

阿列克謝·波爾特諾夫博士及其同事研究了北冰洋洋底永久凍土層的厚度以及它與甲烷大量釋放之間的關(guān)系。他在特羅姆瑟大學(xué)—挪威北極圈大學(xué)的北極氣體水合物、氣候及環(huán)境中心CAGE） 說(shuō)：“海底永久凍土層的解凍是一個(gè)持續(xù)過(guò)程，世界海洋的全球變暖使之加速。”

顧名思義，永久凍土層指的是持續(xù)凍結(jié)2年或以上的土壤。任何事物若保持永久凍結(jié)，其溫

度必須保持在0℃之下。波爾特諾夫說(shuō)：“地球的北極總是處于結(jié)冰狀態(tài)，西伯利亞的平均地下溫度很低，土層在地下6 0 0米至8 0 0米的深處依然保持凍結(jié)。海洋卻有所不同，其底部水溫通常接近或高于0℃。因此，理論上說(shuō)，海洋下面一般不會(huì)有厚厚的凍土層。”然而，2 0 0 0 0年以前，在末次盛冰期，海平面比現(xiàn)在低1 2 0米，這意味著今天的淺陸架區(qū)在那個(gè)時(shí)期是土地，即被冰凍的西伯利亞。今天的海底凍土層正是形成于那個(gè)時(shí)期。末次盛冰期指的是地球冰層覆蓋大部分北半球的歷史時(shí)期，這些冰層深刻影響了地球氣候，引起干旱、荒漠化，導(dǎo)致海平面急劇下降。亞馬爾半島在當(dāng)時(shí)極有可能并不被冰覆蓋，但處在極端寒冷的環(huán)境之中。

大約1 2 0 0 0年前，冰河期結(jié)束，氣候轉(zhuǎn)暖，海平面上升。永久凍土層被淹沒(méi)在海水中，并開(kāi)始慢慢解凍。到目前為止，它仍未完全解凍，其原因之一是底層水溫很低，即-0.5℃左右。但這很可能會(huì)改變。過(guò)去認(rèn)為，喀拉海和其他北極地區(qū)的永久凍土延伸到水下的深度達(dá)1 0 米，形成一個(gè)氣體無(wú)法繞過(guò)的密封層。但是，波爾特諾夫與其同事發(fā)現(xiàn)，亞馬爾淺陸架正在發(fā)生嚴(yán)重的氣體泄漏，該深度遠(yuǎn)小于1 0 0米。波爾特諾夫說(shuō)：“水下2 0米至5 0米的深處存在量的氣體泄漏，這表明連續(xù)的永久凍土密封層比設(shè)想的要小得多。近岸永久凍土層可能有幾百米厚，但逐漸減少為2 0米，而且非常脆弱。現(xiàn)在，永久凍土層上下同時(shí)解凍。地球內(nèi)部也在變暖，自下而上加熱永久凍土層。這個(gè)自下而上的熱量被稱(chēng)為地?zé)釤嵬浚瑹o(wú)論人類(lèi)影響與否，它一直在發(fā)生。”

波爾特諾夫運(yùn)用數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬永久凍土層的演變，并計(jì)算出其自上一冰河時(shí)期結(jié)束以來(lái)

的衰減。多年凍土層的演變可以預(yù)示其未來(lái)的情況。

如果海洋底部的溫度為0.5℃，最厚的永久凍土層可能需要9 0 0 0年才能完全解凍。但是如果這個(gè)溫度持續(xù)升高，這一進(jìn)程會(huì)加快，因?yàn)榻鈨鲆矔?huì)自上而下地推進(jìn)。“如果像一些報(bào)告提出的海洋溫度上升2℃，永久凍土層就會(huì)極速融化。氣候變暖可能會(huì)導(dǎo)致爆炸性氣體自淺水區(qū)釋放。”波爾特諾夫說(shuō)。

永久凍土層將自由狀態(tài)的甲烷氣體保存在沉積物中，以保持天然氣水合物的穩(wěn)定性。天然

氣水合物是一種通常在高壓和低溫條件下形成的冰狀結(jié)構(gòu)。“因依賴(lài)于高壓，天然氣水合物通常形成于3 0 0多米的水下。但是在永久凍土層之下，即使壓力并不太高，因其氣溫持續(xù)較低，天然氣水合

物仍然可以保持穩(wěn)定。天然氣水合物富含甲烷氣體，正是水合物的不穩(wěn)定性引起了亞馬爾半島的天坑。”波爾特諾夫總結(jié)說(shuō)。