青藏高原熱融湖塘總數(shù)超16萬個 是甲烷釋放源頭之一

熱融湖塘指自然或人為因素引起多年凍土活動層增厚，導(dǎo)致地下冰或富冰多年凍土層發(fā)生局部融化，地表隨之沉陷而形成熱融洼地并積水形成的湖塘。

北京師范大學(xué)效存德教授團隊聯(lián)合中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院等單位的研究人員致力于冰凍圈碳固持功能研究，對青藏高原多年凍土區(qū)的熱融湖塘進行深入研究。結(jié)果顯示，當(dāng)前青藏高原多年凍土區(qū)熱融湖塘總數(shù)量約為161000個，超過94%的熱融湖塘分布在連續(xù)多年凍土帶;青藏高原熱融湖塘是甲烷釋放的源頭之一，并且甲烷釋放具有顯著的季節(jié)性和空間差異性，氣泡排放是熱融湖塘甲烷高釋放的主要途徑。相關(guān)成果發(fā)表于國際期刊《地球與空間科學(xué)》《總環(huán)境科學(xué)》。

“多年凍土區(qū)存儲著豐富的有機碳，在全球氣候變暖背景下，科學(xué)家們越來越多地關(guān)注在凍土快速解凍和滑塌情況下，這些有機碳分解并釋放成為大氣溫室氣體，其通量和內(nèi)在機制如何?熱融湖塘則是多年凍土快速退化后形成的最為直觀和廣泛的地貌，就像多年凍土區(qū)的傷口。”11月16日，效存德告訴科技日報記者。

青藏高原多年凍土區(qū)有161000個“創(chuàng)口”

多年凍土是全球陸地生態(tài)和冰凍圈的重要組成部分，在地質(zhì)歷史時期發(fā)揮了重要的碳固持功能。青藏高原是世界上高海拔多年凍土分布最大的區(qū)域，多年凍土面積約為106萬平方公里，據(jù)估算其中表層3米之內(nèi)有機碳儲量約為370億噸。

效存德說，全球變暖背景下，多年凍土快速升溫和融化，使土壤中的微生物重新活躍起來，并開始分解有機碳，從而加速二氧化碳和甲烷等溫室氣體進入大氣中，進一步加劇氣候變暖。

相比較于多年凍土在垂直水平上的緩慢融化，熱融湖塘能在短時間內(nèi)將多年凍土暴露和融化，碳釋放速度將會增加25%到90%。

青藏高原局部區(qū)域的研究結(jié)果顯示，過去幾十年的氣候顯著變暖，已導(dǎo)致多年凍土區(qū)熱融湖塘的面積和數(shù)量顯著增加。

然而，“在整個青藏高原多年凍土區(qū)，關(guān)于熱融湖塘的具體數(shù)量、面積和空間分布狀況，大家還不甚清楚。此外，關(guān)于青藏高原熱融湖塘溫室氣體釋放的長期監(jiān)測研究，也較為缺乏。”效存德坦言。

為此，基于10米空間分辨率的哨兵衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，研究人員系統(tǒng)提取了整個青藏高原多年凍土區(qū)的熱融湖塘。

研究顯示，目前青藏高原多年凍土區(qū)熱融湖塘總數(shù)量約為161000個，總面積約為2825平方公里。

北京師范大學(xué)魏志強博士表示，在數(shù)量上，青藏高原熱融湖塘以小面積湖塘為主，其中小于1萬平方米的熱融湖塘占總熱融湖塘數(shù)量的78.9%，超過94%的熱融湖塘數(shù)量分布在連續(xù)多年凍土帶上，大約68%的熱融湖塘數(shù)量分布在4500至5000米的海拔范圍內(nèi);從流域上看，羌塘盆地、長江源區(qū)和黃河源區(qū)是熱融湖塘分布最集中的區(qū)域，分別占熱融湖塘總數(shù)的38%、31%和23%。

“該數(shù)據(jù)集的建立，將為未來估算青藏高原熱融湖塘碳儲量、改進地球系統(tǒng)模式、預(yù)估青藏高原多年凍土碳釋放潛力提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。”效存德說。

氣泡是熱融湖塘甲烷釋放的主要途徑

同時，針對熱融湖塘溫室氣體排放的問題，研究人員在青藏高原不同植被區(qū)域，選擇32個典型的熱融湖塘進行了系統(tǒng)觀測。

研究發(fā)現(xiàn)，青藏高原熱融湖塘是甲烷釋放的源頭，并且甲烷釋放具有顯著的季節(jié)性和空間差異性。總體來看，熱融湖塘甲烷氣泡釋放占比超過66%，是甲烷釋放的主要途徑。從季節(jié)來看，在湖冰融化時，熱融湖塘水體通常具有較高的甲烷濃度，這主要與甲烷在冬季湖冰下累積有關(guān);從空間來看，發(fā)育在高寒草甸的熱融湖塘具有較高的甲烷擴散量和氣泡量，其次是高寒草原，高寒荒漠最低。

“青藏高原熱融湖塘溫室氣體釋放通量與多年凍土區(qū)不同植被類型關(guān)系密切。”北京師范大學(xué)博士研究生王磊說，北極地區(qū)大多研究證實熱融湖塘碳通量與多年凍土類型具有顯著的關(guān)系，但我們的研究結(jié)果表明，植被類型也可能是影響青藏高原熱融湖塘碳排放通量的重要影響因素。前人的研究也表明，青藏高原多年凍土的碳密度和碳儲量與不同植被類型密切相關(guān)。“該研究結(jié)果初步揭示了青藏高原多年凍土區(qū)熱融湖塘碳排放時間和空間分布規(guī)律，將為未來開展青藏高原高海拔與北極高緯度多年凍土碳排放對比研究提供重要研究基礎(chǔ)。”效存德說。

效存德表示，隨著變暖條件下熱融湖塘數(shù)量和面積的增加趨勢，大量多年凍土碳可能被活化、礦化分解并釋放大量溫室氣體。因此，未來還將持續(xù)關(guān)注多年凍土區(qū)熱融湖塘和其他凍土退化方式的時空演變、碳釋放及其與氣候之間的反饋效應(yīng)，探索減緩多年凍土碳固持功能衰退的有效途徑，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)貢獻力量。(陸成寬)