北極地區地表以下 11 英尺的土壤持續融化。沉降坑正在出現，高速公路正在彎曲，房屋和森林正在傾斜，所有這些都對從摩爾曼斯克到朱諾的景觀、野生動物和城市造成嚴重破壞。這層永久凍土層——定義為持續冰凍兩年以上的土壤——覆蓋了北半球近四分之一的陸地。但這個總面積正在縮小，新的模型顯示，它可能在本世紀末幾乎消失殆盡。
“我們的模型預測，地表 [11 英尺] 以內的永久凍土面積將在下個世紀急劇下降，”科羅拉多州國家大氣研究中心的氣候變化研究員戴維·勞倫斯解釋說。“更深的永久凍土，可以向下延伸 [超過一英里]，我們的模型沒有表示，將基本不受全球變暖的影響。”勞倫斯和他在科羅拉多大學的同事安德魯·斯萊特開發了一個模型，該模型考慮了大氣、陸地、海洋、海冰和土壤本身的影響。“人們以前使用模型研究過永久凍土，但不是在一個完全互動的氣候系統模型中，”勞倫斯指出。
研究人員將該模型應用於幾種情景，以確定在不同濃度的溫室氣體下，永久凍土會如何反應：一種情景是大氣中溫室氣體濃度從目前的百萬分之 350 (ppm) 飆升至 2100 年的百萬分之 810；一種情景是由於部署了無排放技術，這種濃度水平穩定在百萬分之 550 左右；以及一種被稱為“一切照舊”的情景，其中濃度攀升至百萬分之 700。
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在飆升情景下，永久凍土從今天的超過 400 萬平方英里減少到 2100 年的僅 40 萬平方英里。即使在最佳情景下，永久凍土也縮小到僅覆蓋 150 萬平方英里。“如此大規模的永久凍土退化可能對生態和社會產生重大的不利影響，”研究人員在最新一期的《地球物理研究快報》中寫道。（在上圖中，淺藍色表示當前的永久凍土覆蓋範圍；深藍色表示“一切照舊”情景下的未來覆蓋範圍。）
今天，北極河流向海洋輸送的淡水已經比 20 世紀 30 年代多了 7%。該模型正確預測了這種上升，並指出到本世紀末，水流量將增加多達 28%，因為水在沒有被凍土阻擋的情況下排出。這可能會影響從海冰的形成到北冰洋洋流迴圈的一切。
更令人擔憂的是，這層永久凍土層包含世界上土壤中 20% 到 60% 的碳。融化可能導致大規模的“正反饋迴圈”，從而推動全球溫室氣體濃度進一步升高。“主要的反饋是目前‘鎖定’在凍土中的有機物可能加速分解，導致大氣中溫室氣體（如[二氧化碳]和甲烷）濃度升高，”勞倫斯說。“如果這種排放大規模發生，它可能會加速或加劇全球變暖。”