永久冻土融化可能会将其中储存的碳释放到大气中。
气候变化减缓措施有望减缓或阻止这种融化及其后续排放。
改进模型对于了解永久冻土融化可能对全球气候造成的影响至关重要。
在北半球广袤的高纬度地区，冰冻土壤中蕴藏着数十亿吨碳。
随着全球气温上升，这些“永久冻土”地区融化的风险日益加大，其中长期封存的碳可能因此释放到大气中。
在变暖的世界中，永久冻土骤然融化是最常被讨论的潜在“临界点”之一。然而，研究表明，虽然融化已经开始，但气候变化减缓措施可以减缓这一进程。
然而，不可逆的是已经排放和正在排放的碳逸散。永久冻土释放的碳进入大气后会留在那里，加剧全球变暖。
简而言之，北极发生的事情不会只留在北极。
永久冻土与全球气候
永久冻土是指至少连续两年处于冻结状态的地面，厚度从不到一米到一公里以上不等。它通常位于“活动层”之下；活动层每年都会融化并重新冻结。
气候变暖使这些常年冻结的地面面临风险。气温升高时，永久冻土会解冻，而不是融化。
可以用一个简单的例子来说明：比较冰块和冷冻鸡肉从冰箱取出后会发生什么。在室温下，前者会融化，留下一小滩水；而鸡肉会解冻，变成生鸡肉。最终，鸡肉会开始分解。
气温升高时，永久冻土正是如此变化。北半球四分之一的陆地下面都有永久冻土，它就像地球巨大的冰箱，将大量有机物质封存在冰冻状态。
这些有机物质包括数千年前积存在土壤中并冻结于永久冻土里的植物、动物和微生物遗骸。
北极气温上升的速度超过全球平均水平的两倍。这导致许多地方的永久冻土融化，并唤醒微生物分解有机物质，从而将二氧化碳或甲烷释放到大气中。
这两种气体都是温室气体，但在百年时间尺度上，甲烷的效力是二氧化碳的28至36倍。不过，大气中的二氧化碳多于甲烷，而且甲烷会在大约十年内氧化为二氧化碳。因此，真正影响长期气候变化的是大气中二氧化碳浓度的变化。
永久冻土释放的碳
那么，永久冻土将在未来碳排放中发挥什么作用？是否存在可能引发快速融化的临界点？
科学家估计永久冻土中储存的碳约为大气中流动碳量的两倍，约为1.46万亿至1.6万亿吨碳。
其中大部分目前仍处于冻结和保存状态，但即使只有一小部分释放到大气中，排放量也可能很大，其规模或与来自森林砍伐等其他环境通量的碳释放相当。
不过，到本世纪末，这仍比化石燃料燃烧产生的排放低约一个数量级。尽管如此，进入大气的每一个额外二氧化碳或甲烷分子都会加速气候变化，并影响整个地球及其气候。
据我们目前所知，永久冻土释放碳是一个渐进且持续的过程，不断向大气中增加碳，进而进一步加剧变暖。
永久冻土中的有机物质一旦分解并释放出二氧化碳和甲烷，就无法收回。从这个意义上说，永久冻土融化是不可逆的，符合临界点定义中的一个条件。
然而，近期研究表明，如果气温升幅放缓并停止，永久冻土融化也会放缓，甚至可能停止，从而避免进一步排放。
这表明，永久冻土整体不会转变为全新的状态，这与某些临界点的情况不同，例如格陵兰冰盖融化。因此，如果全球变暖停止，就有可能避免进一步排放。
但就目前情况而言，永久冻土融化已在北极许多地区被观测到。正如近期关于海洋和冰冻圈的特别报告所指出的那样，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）
到2100年，近地表永久冻土面积将减少：在RCP2.6情景下为2%至66%，在RCP8.5情景下为30%至99%。在RCP8.5情景下，这可能会以二氧化碳和甲烷的形式向大气释放数十至数百吉吨碳，从而可能加速气候变化。
如何提高对永久冻土碳释放的预测把握
永久冻土碳对气候变化的最终影响取决于多种因素：例如，有多少碳会以二氧化碳或甲烷的形式释放，以及植物和树木能够抵消多少额外碳排放。
永久冻土退化可能表现为自上而下的渐进式解冻，也可能表现为解冻土壤突然塌陷。这两种过程都会向大气释放碳。
渐进式自上而下解冻是由较高气温导致土壤从表层向下解冻；骤然解冻则会突然且不可预测地发生。
永久冻土的含冰量最高可达80%。如果冰融化——请记住，尽管土壤不会融化，冰确实会融化——地面就会突然塌陷，深层土壤也会暴露在气温之下。
地面塌陷会使地貌遍布“热融湖”，湖中积满融水、雨水和雪水。这种潮湿环境可能促进效力更强的温室气体甲烷释放。
在高地，永久冻土融化后，自然排水会使土壤变得更干燥，从而加快有机物质分解并释放大量二氧化碳。永久冻土融化后碳释放的最终影响会更大，前提是永久冻土区中更大比例的土地在解冻后变干。
解冻后有多少土地会变得更湿或更干，取决于地冰的分布；但目前地冰测量数据零散，亟需扩大空间覆盖范围并更新测量数据。。
永久冻土区碳平衡的另一个重要因素是植物吸收碳。问题在于，植物生长增加能抵消多少永久冻土融化释放的碳？植物从大气中吸收碳，用于生长并维持新陈代谢。
北极气候变暖及其相关变化会促进植物生长，这意味着植物生长增强会吸收部分因永久冻土融化而进入大气的碳。但植物能够抵消多少碳尚不明确，这一过程能持续多久也不清楚。
改进永久冻土碳释放模型预测，对于确定永久冻土融化对全球气候的整体影响至关重要。加拿大北极地区的最新研究结果显示，永久冻土融化的发生时间远早于科学家依据当前模型预测所预期的时间。
目前，模型只考虑渐进式自上而下解冻，但近期估算显示，骤然解冻和土壤塌陷可能使永久冻土碳释放量翻倍。有一点很明确：北极气温升幅越小，永久冻土保持冻结的部分就越多，而且封存在永久冻土中的碳也会越多。
甲烷水合物
谈到永久冻土融化时，人们常常也会提及甲烷水合物分解可能带来的危险，这种物质也称为“笼形水合物”。它是甲烷“冰”，在低温高压条件下形成于大陆边缘海洋沉积物中，或永久冻土内部及其下方。
尤其令人担忧的是储存在东西伯利亚北极陆架（ESAS）下方的甲烷水合物。该区域位于俄罗斯北部，是一片水浅的沿海地区。研究提出，永久冻土融化正在释放这些甲烷，使其冒泡并逸出海水。这促使研究人员警告，大量甲烷逸出可能对“气候系统造成灾难性后果”；同时也有媒体报道称，一场“甲烷定时炸弹”即将引爆。
在与卡罗琳·鲁佩尔博士交谈时，她告诉我，她是美国地质调查局天然气水合物项目的首席科学家。她表示，甲烷水合物封存着地球约六分之一的甲烷碳；随着气候变暖，部分储藏事实上可能正在退化。但她说：
如果天然气水合物退化释放的甲烷进入海洋，大部分会被水体中的细菌消耗，不会到达大气。在永久冻土地区，退化的天然气水合物通常埋藏很深，因此永久冻土融化才是温室气体排放更重要的来源。
鲁佩尔表示，虽然“永久冻土融化的海底区域，北极大陆架可能有大量甲烷泄漏”，但“研究显示，通量速率可能被高估，而泄漏甲烷最有可能并非来自融化的天然气水合物”。她还补充说：
与永久冻土相关的水合物分布范围并不广，而且往往埋藏得比那些更浅、更容易向大气泄漏甲烷的来源更深。
因此，最新研究表明，甲烷炸弹不会因水合物融化而迫在眉睫。然而，科学证据显示，永久冻土已经开始融化，其释放的碳也已在加剧气候变暖。
