隨著地球溫度持續攀升，北極凍土的永久性已不再得到保證。但政府間氣候變化專門委員會（IPCC）本週釋出的第六次評估報告指出，所謂永久凍土的退化將在多大程度上加劇氣候變化仍不清楚。這種不確定性給研究人員的氣候預測留下了一個令人沮喪的漏洞。
永久凍土覆蓋了北半球陸地的四分之一，儲存了約1.5 萬億噸有機碳，是地球大氣層當前含碳量的兩倍。這些碳大部分是遠古生命的遺骸，被封存在凍土中長達數十萬年。
近幾十年來，由於燃燒化石燃料釋放到大氣中的二氧化碳等導致熱量滯留而造成的全球變暖，永久凍土已經融化。根據美國國家海洋和大氣管理局的資料，自 2000 年以來，北極變暖的速度是全球平均速度的兩倍。隨著這種增長加速了永久凍土的融化，其中包含的有機碳分解並釋放出二氧化碳，從而加劇了氣候變化。
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但氣候科學家不確定永久凍土會釋放多少碳以及何時釋放，這反映在本週 IPCC 報告提供的廣泛估算範圍中。這種不確定性阻礙了氣候變化預測，使得更難知道世界各國是否走在實現 2015 年《巴黎協定》中設定的限制全球變暖目標的正軌上。制定政策以實現這些目標取決於對每年有多少二氧化碳進入大氣層的精確理解。
目前大多數現有的氣候模型在其模擬中並未考慮永久凍土釋放的碳。IPCC 的最新報告反而對永久凍土可能排放的碳範圍做出了最佳估計。報告的主要作者之一、勞倫斯伯克利國家實驗室的碳迴圈科學家查理·科文表示，在估計世界剩餘碳預算（為實現《巴黎協定》目標仍可排放的二氧化碳量）時，考慮到了這個範圍。他說，雖然這並非理想的做法，但“反映了氣候危機的緊迫性”。“我們沒有時間尋求完美的解決方案。我們需要根據我們已掌握的知識採取行動。”
與此同時，研究人員正在努力更好地理解永久凍土對全球變暖的貢獻。關鍵在於地球的碳迴圈，即碳在陸地、水和空氣之間的交換。在變暖的北極，兩種相反的影響正在改變這一迴圈。隨著土壤融化，土壤中生存的細菌、真菌和其他微生物會消耗暴露的有機物，並將碳排放到大氣中。微生物群落在更溫暖的北極地區也更容易茁壯成長，從而增加其數量和食慾。這可能會產生所謂的反饋迴圈：氣候變化導致更多二氧化碳釋放，從而在全球範圍內加劇問題，進而引發更多碳的釋放。然而，植物通常在溫暖的溫度和富含碳的空氣中生長得更好。這種生長會從空氣中吸收更多碳，並在植物死亡時將其沉積到土壤中。因此，隨著地球永久凍土變暖，“你可能會問，‘誰會贏？’我們目前尚不清楚，”北亞利桑那大學研究北極生態系統的教授特德·舒爾說。
在過去的 20 年裡，舒爾一直在阿拉斯加州德納裡國家公園附近運營一個研究站點，試圖透過監測土壤和空氣之間二氧化碳的交換來確定勝者。今年春天，他在《JGR Biogeosciences》雜誌上報告了一件令人擔憂的事情：土壤微生物正在獲勝，這意味著舒爾研究站點周圍的小區域是二氧化碳的淨來源。
科文說，在目前這個階段，“很難想象植物的生長能夠超過永久凍土土壤中碳的流失”。但為了更好地確定 21 世紀可能釋放的永久凍土碳量，“還有很多工作要做。”
雖然其他二氧化碳監測站點最近也顯示微生物正在獲勝——例如，在本月發表在《環境研究快報》上的研究結果中——但站點數量太少，無法自信地代表地球上所有永久凍土區域（總面積約2200 萬平方公里）。伍德威爾氣候研究中心位於馬薩諸塞州法爾茅斯的北極系統研究員詹妮弗·瓦茨說，這些研究站點中很少有位於西伯利亞（世界上最大的永久凍土地區），這使得西伯利亞成為“一個黑匣子”。
北極惡劣而偏遠的地形使研究人員很難冒險外出並建立更多站點。一種可能的補救措施是從遠處用衛星觀測融化的永久凍土。科學家已經使用衛星確定，儘管遠端監測碳釋放需要更高的技術水平，但北極大部分地區的植被覆蓋率一直在增加。
稀疏的抽樣並非造成永久凍土融化對氣候變化貢獻不確定性的唯一原因。北極科學家還不斷發現碳迴圈故事中令人震驚的新轉折。2019 年，瓦茨和其他科學家在《自然氣候變化》雜誌上報告稱，許多研究站點的微生物即使在冬季也保持一定程度的活躍，因此全年都會釋放一定量的二氧化碳。另一方面，在次年的《自然地球科學》雜誌上，舒爾、科文和其他研究人員將融化湖（由富含冰的永久凍土融化形成的不斷擴大的融水池）與甲烷氣泡的釋放聯絡起來，甲烷是一種碳化合物，其溫室效應比二氧化碳更強。“如果沒有這些氣泡，你就會低估碳反饋，”阿拉斯加大學費爾班克斯分校生態系統生態學教授、融化湖研究的合著者凱蒂·沃爾特·安東尼說。
瓦茨說，即使在今天，北極變暖導致的甲烷釋放仍然是“一個巨大的問號”。“我們知道存在甲烷。我們不知道有多少，而且我們絕對不知道未來會是什麼樣子。”
儘管全球平均氣溫已比工業化前水平升高了1 攝氏度以上，但科文說，“與可能等待我們的潛在變化相比，這相對較小”。氣候科學家的常用策略是透過研究地球更溫暖的過去來更好地瞭解永久凍土對地球更溫暖未來的影響。在過去的幾百萬年裡，氣溫偶爾會略高於今天。“每個溫暖時期都是一個偉大的自然實驗，”阿爾伯塔大學研究古代永久凍土如何應對過去溫暖時期的副教授阿爾貝託·雷耶斯說。
今年春天，雷耶斯和其他人分析了加拿大北極和亞北極的洞穴沉積物，如石筍和石幔，並確定北極永久凍土土壤在一些古代溫暖時期融化了很多。但根據南極和格陵蘭冰蓋中來自遙遠過去的被困氣泡的冰芯記錄，大氣二氧化碳或甲烷似乎並沒有隨之出現峰值。
“這些溫室氣體在哪裡？”雷耶斯說。答案不一定是因為它們沒有從融化的永久凍土中排放出來。與這次相比，遠古時代的海洋有更多時間吸收永久凍土釋放的二氧化碳。今天的水平遠高於過去兩百萬年的水平，並且正以更快的速度上升。“我們已經把系統推到了如此遙遠的地步，”他說。“人類創造了一種非比尋常的狀況。”