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Greenhouse Gases

青藏高原永冻土释放一N2O加速全球变暖

科学家估测冻土层退融或是温室气体重要来源

by Janet Pelley, special to C&EN
July 31, 2018

永久冻土——寒冷地区存在的多年冻土层——在融化时释放出温室气体二氧化碳和甲烷, 这一问题在全球气候变化中变得越来越普遍。但是,永冻土的研究人员常常忽略了一N2O的排放,它使气候变暖的能力是二氧化碳的300倍。现在,一项新的研究估测,青藏高原永冻土融化区正在释放大量的一N2O,其排放率堪比已知的最大的一N2O陆地来源的排放率(Environ. Sci. Technol. 2018, DOI: 10.1021/acs.est.8b02271)。

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一项新的研究发现,融化的西藏永久冻土(如图所示)释放出大量的一N2O(一种温室气体,也是消耗臭氧的化合物)。图片作者: Guibiao Yang/中国科学院

因笑气而著称的一N2O在大气层中不仅有效地捕获热量,而且还是平流层中主要的消耗臭氧的物质。土壤或海水中的细菌和真菌将营养物硝酸盐和氨转化为一N2O,是这种气体的主要来源。尽管永久冻土以冷冻植物和动物的形式存储大量有机氮,但科学家们过去认为,低温阻止其分解成硝酸盐和氨而形成一N2O。事实上,在永冻土表面生长的植物贪婪地竞争寒冷土壤中产生的少量营养素,中国科学院植物研究所全球变化生态学家杨元合说。

过去有几项研究曾提到,融化的永冻土可以释放出大量的以一N2O形式存在的氮。但这些研究的重点是低地永久冻土生态系统,这些生态系统在融化后往往会积水,从而减缓一N2O的产生。由于高地永久冻土覆盖全球近100万平方公里且更干燥,因此其融化可能是一N2O排放的重要来源。杨教授和他的同事们决定直接测量青藏高原一N2O的排放量。

他们长途跋涉到一个长满草的高山区域,当地一条大沟壑由于永久冻土层的变暖已经逐步侵蚀和坍塌20多年。研究人员将未受干扰的控制地点与沟壑中的几个解冻斑块进行了比较。

研究人员怀疑硝酸盐供给可能会助长一N2O的产生,因此在每个采样点都测量了这两种化合物。新近融化并暴露的土壤中硝酸盐含量最高,同时科学家测量的一N2O排放量为每天3.1毫克/平方米,是对照地点的100多倍。“这与热带森林土壤的一N2O排放量相当,而热带森林是一N2O的最大陆地来源,”杨教授说。根据他的计算,从新解冻的沟壑释放的一N2O的全球变暖潜能显著,相当于同一地点释放的甲烷的全球变暖潜能的近60%。

“这是第一个将硝酸盐释放和微生物基因变化与一N2O排放量增加联系起来的实地试验,”蒙特利尔大学生物地球化学家Carolina Voigt说。

杨教授说,随着地球变暖,越来越多的高地永久冻土将融化。“根据这项研究的结果,更多的一N2O将从高地永久冻土土壤释放到大气中,并成为气候变化的助推力,”他总结道。

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