位于阿拉斯加的涡流相关塔，能够测量温室气体的释放。来源:西格丽德·登格尔
伯克利实验室的科学家们表明，北极和北方生态系统中湿地甲烷排放量的年代际增长。
湿地是地球上最大的甲烷天然来源，甲烷是一种强效温室气体，其使大气变暖的能力大约是二氧化碳的30倍。能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的一个研究小组分析了整个北北极地区的湿地甲烷排放数据，发现自2002年以来，这些排放量增加了大约9%。
畜牧业和化石燃料生产每年向大气中释放数吨甲烷的作用得到了充分的研究。虽然不确定性更大，但量化自然湿地的排放对预测气候变化很重要。科学家们预计，湿地甲烷的排放量正在上升，因为北方和北极生态系统的温度正以全球平均速度的四倍增长，但很难说有多少，因为在这些广阔且经常被水淹没的环境中监测甲烷的排放量一直很困难——直到现在。
“北方和北极地区的环境富含碳，容易受到气候变暖的影响，”伯克利实验室的资深科学家朱清(Qing Zhu)解释说。他和伯克利实验室的博士后研究员袁昆小佳(Kunxiaojia Yuan)共同完成了一项新研究，该研究分析了从几种先进的监测方法收集的数据，发现过去20年里碳排放量增加了9%。本周发表在《自然气候变化》杂志上的一篇论文描述了他们的方法。
“气温上升会增加微生物活动和植被生长，”朱继续说，“这与甲烷等气体的排放有关。通过了解甲烷的自然来源是如何变化的，我们可以更准确地监测温室气体，让科学家了解当前和未来的气候变化状况。”
高纬度湿地:量化甲烷排放及其变化
尽管甲烷在大气中停留的时间比二氧化碳短得多——10年比300年——但甲烷的分子结构使其使大气变暖的能力是二氧化碳的30倍。
较高的温度不仅增强了饱和土壤中释放甲烷的微生物的活性，而且还增加了浸水土壤的面积，这些微生物在那里茁壮成长，因为冻土解冻，更多的降水以雨而不是雪的形式降落。这就是为什么科学家们预计这些高纬度地区的甲烷排放量会增加，以及为什么更准确地量化甲烷是迫切需要的。
来自出版物的地图显示了北极和北方地区湿地甲烷热点的具体位置和大小。来源:伯克利实验室
测量温室气体释放的最常用方法是将土壤排放的气体捕获在一个室内的固定位置，让它们在一段时间内积聚。另一种方法是更自主的几米高的涡流相关塔，它可以连续测量生态系统中大片土壤、植物和大气之间的温室气体交换——通常是在湿地等难以到达的地方。伯克利实验室的研究小组将使用这两种方法获得的数据结合起来，分析了北极-北方地区湿地地区307年的甲烷排放数据，从而更好地了解了影响数百英亩土地上几分钟到几十年排放的因素。
研究小组发现，从2002年到2021年，这些地区的湿地平均每年释放20太克的甲烷，相当于55座帝国大厦的重量。他们还发现，自2002年以来，排放量增加了大约9%。
此外，研究人员还考虑了北极和北方地区的两个“热点”地区，与周围环境相比，这些地区的甲烷排放量要高得多。他们发现，大约一半的年平均排放量来自这些热点地区，这有助于为缓解努力和未来的测量提供信息和目标。
Enviro影响湿地排放的环境因素
研究人员还调查了哪些环境因素解释了甲烷排放量的增加，发现了两个主要驱动因素:温度和植物生产力。
较高的温度会增加微生物的活性;当气温上升时——无论是由于气候变化造成的平均气温上升，还是由于气候变化导致的某些特定年份的气温上升——在这个过程中会释放出更多的甲烷。研究小组发现，在北北极生态系统中，温度是湿地排放及其变化的主要控制因素。这可能导致气候反馈，微生物活动增加产生的甲烷排放增加了大气温度，导致更多的甲烷排放，等等。
更高的植物生产力增加了土壤中的碳含量，从而为产生甲烷的微生物提供燃料。研究人员发现，当植物更多产、更活跃、释放帮助微生物茁壮成长的基质时，湿地的甲烷排放量就会增加。
该团队还发现，2016年湿地甲烷排放量最高，也是自1950年以来高纬度地区最温暖的一年。
管理湿地排放作为自然气候解决方案
因为甲烷在大气中的寿命相当短，所以它可以相对较快地被还原和去除。”“通过更准确地了解湿地在全球气候系统中的作用，以及湿地甲烷排放量增加的方式和速度，这项研究可以为帮助理解和应对气候变化提供科学基准。”
参考文献:袁昆小佳、李发、Gavin McNicol、陈敏、Alison Hoyt、Sara Knox、William J. Riley、Robert Jackson、Zhu Qing，《气候变化》，2024年2月14日DOI: 10.1038 / s41558 - 024 - 01933 - 3
这项研究得到了能源部科学办公室和美国国家航空航天局的支持。
