地球“冰箱”已打开！“潘多拉魔盒”开启？

你看不见它，但是它一直在那儿，在青藏高原、阿拉斯加、西伯利亚……潜藏于地表之下，它，就是多年冻土。

提到气候变暖，我们经常会想到冰川融化、海平面上升带来的影响，其实在地表下，多年冻土的融化也隐藏着全球变暖所带来的危机。

专家顾问：

南京信息工程大学地理科学学院教授 赵林

中国气象科学研究院研究员 张东启

中国科学院西北生态环境资源研究院助理研究员 吴吉春

什么是冻土？

如果忘记关冰箱门会发生什么？相信不少人都有过这种体验，冰箱里会冒出阵阵“雾气”，冻结的冰渐渐融化成水肆意流淌；冻品变软，食物不再新鲜，甚至散发出难闻的气味……今年3月，发布于《自然气候变化》的一项研究揭示，气候变暖影响了北极多年冻土区的环境。而冻土，通常被学者们形容为地球的“天然冰箱”。

冻土中冰冻着土壤、岩石、水以及各种有机生物。在气候变暖影响下，埋藏在地下的多年冻土层开始解冻，地球“冰箱”的门已悄悄敞开，这可能给生态环境、水循环和气候系统带来严峻挑战。

2020年，由于永久冻土融化，巨大的燃料罐坍塌，导致俄罗斯诺里尔斯克的油泄漏流入周边河流图/Contains modified Copernicus Sentinel data

多年冻土主要分布在北半球，但赤道附近的乞力马扎罗山、南美的安第斯山和南极地区也有多年冻土的分布。中国的多年冻土区面积大约为220万平方公里，主要分布在大兴安岭、小兴安岭以及松嫩平原北部及西部的高山和青藏高原，而青藏高原是全球中低纬度地区多年冻土分布最为广泛的地区，青藏高原多年冻土的存在和变化对区域乃至全球的水文、生态和气候系统都具有显著影响。

气候变暖下，多年冻土退化了吗？

气候是影响多年冻土形成和变化的最重要因素。谈及多年冻土的融化，中国科学院西北生态环境资源研究院助理研究员吴吉春称，北极地区海冰和积雪面积的缩小早已被广泛关注，而多年冻土范围退缩和地下冰消融却很少被提及，因为它的退化不能通过直观的方式来观察。研究人员将一系列气象数据和多年冻土相关数据参数输入到数学模型中，模拟多年冻土的分布、厚度、地温等，从而判断多年冻土的退化情况。

《中国气候变化蓝皮书（2022）》指出，当前，全球变暖趋势仍在持续，青藏高原多年冻土发生了显著退化，表现为地温升高、活动层厚度增大、多年冻土层厚度变薄。南京信息工程大学地理科学学院教授赵林团队的数据显示，自2002年以来，青藏高原10米至20米深度的冻土层地温以每10年0.02 至0.78 的速度升高，观测到的活动层最大增厚速度为每年3.9厘米。

青藏高原的活动层厚度处于1米至3米之间，平均为2米左右，但在气候变暖的情况下，活动层厚度会随着多年冻土自上而下融化而逐渐增加，这就是多年冻土退化的一个显著标志。

“自1962年以来，青藏高原冻土表现为冻结持续天数缩短、最大冻土深度减小等现象，尽管过去几十年来多年冻土面积的缩小还不太明显，但如果未来百年气候变化的年增温速率为0.02 ，青藏高原多年冻土的面积一定会呈现萎缩趋势，那将对青藏高原的生态系统、水文过程乃至气候产生极大影响” 赵林担忧地说。

看不见的多年冻土，如何观测？

冻土及其变化对地气系统间的水热交换、地表水文过程、寒区生态系统以及寒区工程建筑物的稳定等都有重要影响，因此，冻土地温的监测和研究一直是冻土学研究的核心问题之一。

高寒缺氧，交通极不便利，数据获取难度大，导致青藏高原成为地球科学类数据最匮乏地区之一，而平均海拔4500米以上的多年冻土区系统数据更加稀缺。

对于看不见的冻土，钻探和物探相互配合验证的手段是最有效的勘察方法。赵林介绍，钻探是通过钻探设备在选取的点位上钻孔，青藏高原目前最深的冻土钻孔可达200米以上，钻探时同步取出岩芯、土芯进行分析测试；同时还会在钻孔中布设温度探头来测量不同深度岩土层的温度，当土层温度低于0 时，则表明存在冻土，而土层温度高于0 时，则说明这个深度不存在冻土。物探是指通过探测电流、电磁波、雷达等穿透地层的能力和其在融土与冻土分界面的反射能力判别地层中是否存在冻土，冻土和融土的导电性、密度、刚性等都显著不同，通过这种手段也能大致判断出土层是否冻结。

“对于气象部门来说，对冻土的监测主要是对冻结深度进行人工观测以及对深层地温进行自动监测。”

中国气象科学研究院研究员张东启介绍：

比如青海省气象科学研究所在祁连山国家公园建立冻土深孔地温监测系统，该系统提升了青海气象部门对高原地区多年冻土变化的连续动态监测能力。

另外，气象部门也会融合气象站降水观测及年平均气温观测数据等模拟青藏高原的年平均气温，分析青藏高原多年冻土的热退化情况等。

“冰箱”门打开，“潘多拉魔盒”开启？

在西伯利亚和青藏高原，人们不断发现由于冻土解冻而导致的地面沉陷，最终形成一个个天坑或热融湖塘，而且，解冻的冻土里面还释放出大量的甲烷气体。卫星影像显示，我国东北小兴安岭多年冻土区每年春季都会发生小规模、大面积野火。多年冻土中的甲烷水合物解冻为甲烷气体，排放后的甲烷与土壤、地表植物凋落物及水蒸气等摩擦将加速大气对流，并在地表产生静电和大气放电现象，进而增加野火发生和蔓延风险。

近年来，我国青藏高原上的热融湖发展迅速，在一些地区形成了繁星一样的“星宿海”，冬季湖泊冰面可见一串串甲烷气泡冻结在冰层中图/青海发布

多年冻土退化会改变水文循环过程。多年冻土区地下冰储量巨大，融化后参与现代水循环过程，不仅会引起植被变化，也会改变地表径流过程。“我国青藏高原是许多重要亚洲大河的发源地，很多水分也是直接源于多年冻土区，因此多年冻土的退化会影响到其作为‘亚洲水塔’的水源补给作用。”张东启作出解释。

青藏高原冻土消融会导致高原湖泊面积增大。“一个最典型的例子就是2011年可可西里卓乃湖的溃堤，溃堤原因是青藏高原持续处于增温状态，多年冻土退化、活动层增厚、透水性变强，加之持续不断的降雨，导致卓乃湖溃堤，洪水一路东流‘奔腾’至盐湖，致使盐湖水位大幅上涨，扩大后的盐湖湖岸距离青藏公路只有不足8公里，给青藏线带来很大威胁。”赵林说。多年冻土是寒区构筑物的基石，其温度状态、土壤质地及含冰量都会影响到冻土的土力、热力性质，进而影响寒区构筑物的稳定。

卓乃湖由于决口处与下游河流存在较大高差，巨量的湖水破堤而出，沿着侵蚀的河床进行猛烈冲刷。图为卓乃湖东岸决口处出现的小瀑布，与已经基本泄空的下湖盆有5米左右的高差 图/中国国家地理

另外，冻土是陆地生态系统中极易受到外界变化影响的碳库，随着多年冻土的融化，被冻结的土壤有机碳库也会融化，土壤微生物活性的增强可能加速有机碳的分解，导致大量温室气体进入大气，从而可能对全球气候变暖产生正反馈作用。据最新研究估计，冻土土壤的含碳量约占全球地下有机碳库的50%，因此，其对于维持全球碳平衡具有至关重要的作用。

赵林表示，多年冻土的消融也并非一天两天的事，它对气候和区域水循环等的影响需要长期监测。可以肯定的是，如果家里的冰箱门打开，你可以及时把它关上，防止食物进一步腐败；而地球的“冰箱”门打开，该如何把它关上，阻止灾难的发生？这是值得持续探索的。

中国气象报社出品

作者：唐淼

来源： 中国气象