气候变化正导致永久冻土融化，向大气中释放温室气体和古老微生物。
研究发现，这些微生物可能含有冰核颗粒，使水滴更容易冻结。
目前尚不完全清楚这些颗粒如何影响大气，以及由此产生的天气和云。
核心观点
永久冻土——位于遥远北方的冻结土壤——正在融化，释放温室气体 以及 久已失落的微生物。但科学家尚未深入研究的一个问题是，永久冻土中是否含有可能影响云和天气的特定类型颗粒。
作为大气 科学家，我们在最近的一项研究中发现，融化的永久冻土含有大量微小的冰核颗粒。这些颗粒使水滴更容易冻结；如果永久冻土中的颗粒进入空气，它们可能会影响北极的云。
2018年夏天，我们中的一位作者Jessie Creamean前往阿拉斯加州费尔班克斯，从地下深处的一条研究隧道中采集了永久冻土样本。这些样本的年龄在1.8万至3万年之间，我们的团队对其进行了检测，以了解永久冻土中隐藏着多少冰核颗粒。
结果显示，永久冻土含有大量此类颗粒——每克以死亡微生物和植物碎片为主的样本中，高活性单个颗粒数量最多可达1亿个。这一密度与肥沃土壤中的相当，而肥沃土壤是地球上最集中的冰核颗粒来源之一。在世界各地，冰核颗粒通常在云的行为中发挥重要作用，但这种作用的强度仍在研究之中。
重要性何在
目前尚无人知晓，来自永久冻土的冰核颗粒是否正进入大气并影响云。但冰核颗粒如何改变云的理论已经为人所理解。
云由数十亿个微小的水滴或冰晶组成，通常两者兼而有之。云好比一片森林：云中的所有水滴都需要一个种子——即微小的气溶胶颗粒——才能形成并生长。陆地或海洋中几乎任何微小的物质颗粒都可以成为液态云滴的种子。由于它们能够独特地将水分子排列成类冰的晶格，它们有助于云中的过冷液体在较高温度下冻结。
冰核颗粒极其擅长形成小冰晶——这是一种罕见的能力，在空气中漂浮的所有颗粒中，只有百万分之一以下具备这种能力。冰核颗粒可以是来自沙漠的矿尘、农田中的土壤颗粒，或者——如我们在永久冻土中发现的那样——细菌以及来自海洋或植物的生物物质碎屑。
轻易形成冰的能力对云和天气有重大影响。
大多数情况下，空气中的水滴需要先冻结，才能以雪或雨的形式落到地面。冰核颗粒使云中的冰能够在比正常情况更高的气温下形成，最高可达约28华氏度。没有这些颗粒，水滴可以过冷至约负36华氏度才冻结。当云中存在冰核颗粒时，水滴更容易冻结。这可能导致云更早降雨或降雪并消散，并且反射的阳光减少。
尚不清楚的问题
我们的研究发现，融化的永久冻土中存在大量此类冰核颗粒，这一点很重要，因为永久冻土覆盖了北半球暴露陆地表面的24%。现在的问题是，这些颗粒是否正进入大气。据我们所知，尚无其他研究人员研究过永久冻土对云形成的影响，或永久冻土中的冰核颗粒进入空气的机制。
我们推测，融化的永久冻土中的冰核颗粒可能进入湖泊和河流，流向北极沿岸海域并扩散到广阔区域。随后，风可能将这些冰核颗粒卷入空中，在那里它们可能增强云的冻结并影响天气。
仍有许多未知因素，有大量工作要做。
下一步计划
今年夏天，我们正与费尔班克斯寒区研究与工程实验室以及科罗拉多州博尔德的美国国家大气研究中心的同事合作，前往阿拉斯加北极苔原开展为期六周的考察。我们将采集数百份永久冻土、湖水、河水、近岸海水和空气样本，以查明永久冻土中的冰核颗粒是否存在以及含量多少。我们的目标是利用这些发现建立模型，预测融化的永久冻土可能如何改变该地区的云。
