欧洲和西西伯利亚富含碳的泥炭地储存着约400亿吨碳，约为欧洲森林储碳量的两倍。
然而，近期一项研究发现，在中等变暖情景下，到2060年代，这一地区约75%的区域可能会因过暖或过湿而无法维持永久冻土。
如果这些永久冻土开始融化，可能会释放数百年乃至数千年来积累的碳。
一项新研究警告称，即使在中等变暖情景下，未来几十年内，北欧和西西伯利亚大片地区也可能变得“气候条件不再适宜”富含碳的永久冻土泥炭地生存。
这些富含碳的地貌面积超过140万平方公里（km2），储存着约400亿吨碳，约为欧洲森林储碳量的两倍。
研究发现，在中等变暖情景下，到2060年代，这一地区约75%的区域可能会因过暖或过湿而无法维持永久冻土。不过，研究人员强调，碳释放量及其发生的时间尺度仍是一个悬而未决的问题。
他们还警告称，北欧部分地区可能接近一个“临界点”，越过这一点后，当地解冻的泥炭地将无法恢复。但他们表示，如果采取有力的气候变化减缓措施，西西伯利亚部分地区的气候条件到2090年代仍将适宜，甚至可能在变暖达到峰值后形成新的泥炭地。
一位未参与这项研究的研究人员告诉Carbon Brief，这项研究是理解永久冻土泥炭地将如何应对气候变暖的“关键一环”。
“临界点”
永久冻土泥炭地储存着约1850亿吨碳（GtC），占北半球泥炭地土壤有机碳储量的近一半。在每年都会融化和重新冻结的“活动层”之下，冻结的地面封存着数百年乃至数千年来积累的碳。
由于常年冻结，这些泥炭地极易受到气候变化的影响。原本冻结的泥炭解冻后，微生物便开始分解深埋已久的有机物质。视具体条件而定，这一过程可能会向大气释放二氧化碳、甲烷和其他温室气体。
研究人员尤其担心永久冻土可能达到“临界点”。在某些情况下，永久冻土解冻过程缓慢，但在特定条件下，地貌可能会迅速塌陷。
Christina Schädel博士是北亚利桑那大学的生态系统生态学家，未参与这项研究。她告诉Carbon Brief：
“气温升高后，微生物会活跃起来，分解其中的物质。因此，这些碳将永久流失；要让任何额外的碳重新进入地下，则需要长得多的时间。”
永久冻土解冻后释放到大气中的温室气体会形成正反馈，进一步加剧变暖。
不过，Schädel补充说：“我们走到哪一步很重要。”尽管永久冻土解冻造成的碳损失不可逆转，遏制变暖可以减缓并有可能阻止进一步解冻。她在2020年为Carbon Brief撰写的客座文章中详细阐述了这一点。
这项新研究发表于《自然·气候变化》，重点研究了两种永久冻土泥炭地地貌：“帕尔萨丘”（也称泥炭高原）和多边形沼泽。
帕尔萨丘是隆起的冻结泥炭丘，直径从数米到数公里不等。它们分布零散，位置比多边形沼泽更靠南。相比之下，多边形沼泽是连续成片的冻结地貌，分布在极北地区更寒冷、干燥的区域。
生物地球化学家Carolina Voigt博士表示，由于帕尔萨丘体积较小，利用卫星等遥感工具很难识别。她任职于东芬兰大学，未参与这项研究。她说，因此许多此类地貌“尚未得到充分测绘”。
为确定泥炭地目前的分布范围，研究人员查阅文献，搜集帕尔萨丘和多边形沼泽的描述及位置，然后绘制这些坐标。他们的研究重点是西西伯利亚和芬诺斯坎迪亚——该地区包括挪威、瑞典、芬兰和俄罗斯部分地区。
理查德·费斯特表示，西伯利亚其他地区和北美也存在大量冻结碳，但这些地区的数据密度较低，因此难以验证模型结果。他是利兹大学自然地理学博士生，也是这项新研究的负责人。费斯特及其同事将绘制的泥炭地地图与此前发表的土壤有机碳地图进行比对，以确定随着气候变得不再适宜永久冻土，多少碳将面临风险。
适宜气候
为了解适宜范围会如何随时间变化，研究人员采用了“气候包络”模型。他们将永久冻土泥炭地的分布与不同气候变量联系起来，估算适宜这两种永久冻土地貌的温度和降水范围。
他们以1961—1990年为基准期，并采用最新一代
耦合模式比较计划（CMIP6）中的一系列气候变化预测开展分析。费斯特及其同事选取了一个强力减缓情景（SSP1-2.6）、两个中等减缓情景（SSP2-4.5和SSP3-7.0），以及一个极高排放情景（
SSP5-8.5）。（关于这些情景的更多信息，请参阅Carbon Brief的解读文章。）下图显示了在四种变暖情景下，适宜气候包络预计将如何收缩；不同深浅的蓝色表示适宜帕尔萨丘、多边形沼泽或两者的区域。
永久冻土泥炭地适宜气候区域的预测：基准期1961—1990年（上图）以及四种变暖情景下的2090—2099年（从上往下第二至第五幅）。
在强力减缓情景下，模型预测未来几十年永久冻土泥炭地的适宜气候包络将大幅缩小，芬诺斯坎迪亚尤为明显。模型预测，在本十年内，适宜帕尔萨丘生长的区域将缩小38%；同期芬诺斯坎迪亚的缩幅接近90%。
模拟结果显示，适宜帕尔萨丘的气候空间将持续缩小，每十年约减少7万平方公里，直至2070年代。不过，强力减缓措施带来的本世纪后期降温，可能使西西伯利亚的气候条件部分恢复。
研究人员预测，随着气候恢复，到本世纪末，适宜区域净损失将达到58%。
但即使在这一强力减缓情景下，模型也未预测芬诺斯坎迪亚的适宜气候空间会恢复。作者据此指出，当地泥炭地已接近或已经越过临界点。
费斯特表示，如果不采取这些强力减缓措施，情况会更加严峻。到2060年代，在SSP2-4.5情景下，帕尔萨丘适宜气候包络的75%将消失。在最高排放情景下，这一比例将升至93%。
多边形沼泽的适宜气候区域收缩幅度更大，视变暖情景而定，将减少93%至99.9%。
到2090年代，在中等、高和极高排放情景下，帕尔萨丘适宜气候区域将分别缩小87%、98%和100%。作者指出，各模型对这些数字的结果“高度一致”。适宜气候区域几乎完全消失，将使370亿吨碳（SSP2-4.5）至395亿吨碳（SSP5-8.5）面临风险。
费斯特表示，与强力减缓情景不同，这些情景都没有带来气候条件恢复的可能。他告诉Carbon Brief：
“中等减缓情景最终会导致与那些最坏情景相似的演变轨迹，只是需要更长时间。我们的研究表明，只有在非常强力的气候减缓情景下，气候变得过暖、过湿的区域才会受到一定限制。”
他补充说：
“这充分表明，强力气候减缓情景与其他情景截然不同。”
下图显示了在每个年代、每种变暖情景下，处于适宜气候包络内的泥炭地储存的碳量。上图显示帕尔萨丘中的碳，下图显示多边形沼泽中的碳。变暖情景以颜色区分，从SSP1-2.6（绿色）到SSP5-8.5（红色）。黑色虚线表示1961—1990年“现代”气候条件下储存的碳量。
位于适宜帕尔萨丘（上图）和多边形沼泽（下图）生长的气候区域内的永久冻土泥炭地所储存的泥炭碳量。
费斯特表示，值得注意的是，他们的模型无法说明这些区域将释放多少碳，也无法说明释放会持续多长时间。他告诉Carbon Brief：
“归根结底，我们仍不清楚这些泥炭地是否会释放大量碳，也不清楚之后泥炭积累速率和植物生产力的提高，是否会通过将新碳储存在地下，抵消部分损失……我们并不是说到了那个时期，一切都会消失，所有碳都会释放出来。因为我们的模型无法得出这样的结论，而且这种情况极不可能发生。”
费斯特说，研究还有若干无法纳入考量的未知因素。泥炭有机物含量很高，“对下方土壤起到保温毯的作用”。这意味着，从气温超出气候适宜范围到永久冻土解冻之间会存在一定的时间差。
这一时间差的长短仍有很大不确定性。在一些地方，永久冻土在几年内就已解冻；在另一些地方，永久冻土则持续了十年甚至更久。在芬诺斯坎迪亚，许多地区的气候已经不适宜永久冻土，但泥炭地解冻已十分常见。
Voigt说：“在芬兰，我们能清楚地观察到这一现象。这一过程已经开始了。”
另一个重要未知因素是植被将如何响应。随着气温上升，新的地貌可能会更适宜植物生长，从而抵消部分泥炭碳损失。
费斯特推测，随着泥炭地开始部分解冻，现有的多边形沼泽可能转变为帕尔萨丘；但他告诉Carbon Brief，这种现象“此前在观测记录中几乎从未出现过”。
Voigt告诉Carbon Brief，地表覆盖类型和植被向北迁移“很值得思考”。她补充说，其他研究基本没有探讨过这种可能性。
NASA喷气推进实验室
的气候科学家Kimberley Miner博士表示，解冻泥炭地中的碳释放速度“仍没有明确答案”。Miner未参与这项研究。她告诉Carbon Brief：“整个研究领域都在努力回答这个问题。”多位未参与这项研究的研究人员称赞了其严谨的方法，以及对多种不同减缓情景的考察。
Miner称这是一项“有趣且重要的研究”，也是“科学指标与政策指标的良好结合”。她告诉Carbon Brief：
“研究永久冻土泥炭地对于理解不断变化的北极地貌至关重要。这篇论文又朝这个方向迈出了重要一步。”
Schädel还表示，这项研究聚焦政策，是一项重要贡献。她告诉Carbon Brief：
“他们不只是谈论情况有多糟，而是实际表明，如果我们选择最佳前进路径，就能保护其中大量碳，也能更好地保护这些生态系统……我认为，这对政策制定很重要。采取行动时，需要展示其影响。”
Schädel还表示，这项研究聚焦政策，是一项重要贡献。她告诉Carbon Brief：
“他们不只是谈论情况有多糟，而是实际表明，如果我们选择最佳前进路径，就能保护其中大量碳，也能更好地保护这些生态系统……我认为，这对政策制定很重要。采取行动时，需要展示其影响。”
