上海交大海洋學院研究成果揭示北極凍土融化對氣候變化的敏感性

中國基建報

上海訊
近日，上海交通大學海洋學院長聘教軌助理教授張曉雯在美國地球物理學會旗艦期刊AGU Advances上，以第一兼通訊作者的身份發表了題為“Recent Warming Fuels Increased Organic Carbon Export from Arctic Permafrost”的研究論文。該論文由張曉雯博士與佛羅裏達大學、阿拉斯加大學費爾班克斯分校、瑞士聯邦理工等機構的研究者合作完成。文章指出，北極地區過去160年的快速升溫很可能引起了更深層凍土的融化以及凍土有機碳輸出量的增多，並且指出變暖的速率和變暖前的環境條件也可能是影響凍土融化的重要因素。該文章被選為Editor’s highlights，由主編Susan Trumbore在Eos網站上撰文進行了報道。

凍土是指連續兩年以上處於冰凍狀態的土壤。全球變暖正在引起北極地區發生巨大的地理環境和生態變化，如冰川消融、凍土融化等。北極凍土是一個巨大的碳儲庫，占了全球土壤有機碳總量的一半左右。當凍土融化時，儲藏在其中的有機碳則更易被微生物降解，從而產生溫室氣體，對全球變暖產生正反饋。正因如此，凍土有機碳的釋放是生態和地球系統模型預測氣候變化的一個重要依據。但是，現有的模型主要依據的是最近幾十年的觀測和實驗數據，很難保證模型預測的准確性，需要尋找更長時間尺度的地質記錄來作為參考。

科爾維爾河凍土消融的地球化學和年代學記錄

該研究以阿拉斯加北部的科爾維爾河河口的沉積柱為研究對象，著重分析了沉積物中全樣有機碳和長鏈脂肪酸的放射性碳同位素（14C）年齡。北極凍土中的有機物質由於保存時間長，因而具有較老的14C年齡，北極地區河口沉積物中有機碳的14C含量常常被用來指示凍土來源有機碳的深度及輸出量。該研究結果顯示，全樣有機碳的14C年齡變化與流域的溫度變化具有良好的相關性，且沉積物中全樣14C年齡在最近變暖期（Recent Warming；大約過去160年）隨溫度的快速升高而明顯變老。作為深層凍土的指示物，長鏈脂肪酸的14C年齡結果與全樣14C相符，在最近變暖期呈現出變老的趨勢。這些結果表明隨著過去160年北極溫度的快速升高，凍土融化的深度變大並可能導致深層凍土輸出量增多。此外，通過對比羅曼暖期（Roman Warming）和最近變暖期的有機碳含量、長鏈脂肪酸14C年齡結果，該研究還推測升溫速率越快、暖期之前的溫度越低，可能更容易造成深層凍土的融化和凍土有機碳的輸出量的增多。該研究用沉積記錄驗證了北極變暖與凍土融化深度及凍土有機碳輸出量的相關性，為北極河口地區的沉積記錄對比提供了範本，並且指出了目前氣候模型可能忽略了的一些潛在重要因素。

張曉雯，2011年本科畢業於中國海洋大學化學專業，2017年在美國佛羅裏達大學獲得地質學博士學位，2017-2020年在麻省理工學院從事博士後工作，2020年2月加入上海交通大學海洋學院，目前任長聘教軌助理教授。研究方向主要為有機地球化學、凍土碳循環、單體碳同位素，目前以第一兼通訊作者在AGU Advances、GRL、JGR-Biogeosciences、OG等期刊上發表SCI論文多篇。