熱融湖塘指自然或人為因素引起多年凍土活動層增厚，導致地下冰或富冰多年凍土層發生區域性融化，地表隨之沉陷而形成熱融窪地並積水形成的湖塘。
北京師範大學效存德教授團隊聯合中國科學院西北生態環境資源研究院等單位的研究人員致力於冰凍圈碳固持功能研究，對青藏高原多年凍土區的熱融湖塘進行深入研究。結果顯示，當前青藏高原多年凍土區熱融湖塘總數量約為161000個，超過94%的熱融湖塘分佈在連續多年凍土帶；青藏高原熱融湖塘是甲烷釋放的源頭之一，並且甲烷釋放具有顯著的季節性和空間差異性，氣泡排放是熱融湖塘甲烷高釋放的主要途徑。相關成果發表於國際期刊《地球與空間科學》《總環境科學》。
“多年凍土區儲存著豐富的有機碳，在全球氣候變暖背景下，科學家們越來越多地關注在凍土快速解凍和滑塌情況下，這些有機碳分解並釋放成為大氣溫室氣體，其通量和內在機制如何？熱融湖塘則是多年凍土快速退化後形成的最為直觀和廣泛的地貌，就像多年凍土區的傷口。”11月16日，效存德告訴科技日報記者。
青藏高原多年凍土區有161000個“創口”
多年凍土是全球陸地生態和冰凍圈的重要組成部分，在地質歷史時期發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佈最大的區域，多年凍土面積約為106萬平方公里，據估算其中表層3米之內有機碳儲量約為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，並開始分解有機碳，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。
相比較於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%。
青藏高原區域性區域的研究結果顯示，過去幾十年的氣候顯著變暖，已導致多年凍土區熱融湖塘的面積和數量顯著增加。
然而，“在整個青藏高原多年凍土區，關於熱融湖塘的具體數量、面積和空間分佈狀況，大家還不甚清楚。此外，關於青藏高原熱融湖塘溫室氣體釋放的長期監測研究，也較為缺乏。”效存德坦言。
為此，基於10米空間解析度的哨兵衛星影像資料，研究人員系統提取了整個青藏高原多年凍土區的熱融湖塘。
研究顯示，目前青藏高原多年凍土區熱融湖塘總數量約為161000個，總面積約為2825平方公里。
北京師範大學魏志強博士表示，在數量上，青藏高原熱融湖塘以小面積湖塘為主，其中小於1萬平方米的熱融湖塘佔總熱融湖塘數量的78.9%，超過94%的熱融湖塘數量分佈在連續多年凍土帶上，大約68%的熱融湖塘數量分佈在4500至5000米的海拔範圍內；從流域上看，羌塘盆地、長江源區和黃河源區是熱融湖塘分佈最集中的區域，分別佔熱融湖塘總數的38%、31%和23%。
“該資料集的建立，將為未來估算青藏高原熱融湖塘碳儲量、改進地球系統模式、預估青藏高原多年凍土碳釋放潛力提供重要基礎資料。”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域，選擇32個典型的熱融湖塘進行了系統觀測。
研究發現，青藏高原熱融湖塘是甲烷釋放的源頭，並且甲烷釋放具有顯著的季節性和空間差異性。總體來看，熱融湖塘甲烷氣泡釋放佔比超過66%，是甲烷釋放的主要途徑。從季節來看，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；從空間來看，發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不同植被型別關係密切。”北京師範大學博士研究生王磊說，北極地區大多研究證實熱融湖塘碳通量與多年凍土型別具有顯著的關係，但我們的研究結果表明，植被型別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型別密切相關。“該研究結果初步揭示了青藏高原多年凍土區熱融湖塘碳排放時間和空間分佈規律，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。”效存德說。
效存德表示，隨著變暖條件下熱融湖塘數量和麵積的增加趨勢，大量多年凍土碳可能被活化、礦化分解並釋放大量溫室氣體。因此，未來還將持續關注多年凍土區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，探索減緩多年凍土碳固持功能衰退的有效途徑，為實現“雙碳”目標貢獻力量。
文/科技日報記者 陸成寬
編輯/範輝
