发现永久冻土的温室气体释放受矿物结合过程的影响

富含冰的北极永久冻土中所含的有机碳中约有四分之一更难被微生物利用。其原因是来自死植物遗骸的有机物质与矿物土壤颗粒有很强的结合。

这是由科隆大学地质与矿物学研究所 Janet Rethemeyer 教授和 Jannik Martens 博士领导的研究小组进行的一项研究的结果。因此，准确预测永久冻土沉积物释放的温室气体比以前假设的要复杂得多。

该联合项目的结果发表在《自然通讯》杂志的文章“更新世永久冻土中与矿物相关的有机碳的稳定化”一文中。

与世界其他地区相比，北极正在迅速变暖。其中大部分被永久冻土覆盖，含有大量的碳，几乎是大气的两倍。这种碳来自生长了数千年的植物，在土壤中分解，然后“冻结”。

由于北极气温急剧上升，这个巨大的冰柜正在快速解冻。储存在其中的旧碳现在可以被微生物降解，将二氧化碳和甲烷释放到大气中。这些温室气体加速了全球变暖。温度越高，永久冻土释放的温室气体就越多，导致温度进一步升高，冻结的土壤和沉积物解冻得更快。

“永久冻土中的碳与气候存在反馈，其强度在很大程度上取决于影响微生物降解的那些因素，”Janet Rethemeyer 说。

在这个联合研究项目中，来自科隆大学动物学研究所、图宾根大学、慕尼黑工业大学和波茨坦阿尔弗雷德韦格纳研究所的科学家们研究了西伯利亚北极地区的长冻土核。这些岩心来自富含冰的细粒沉积物——类似于我们所在纬度的黄土——在上一个冰河时代沉积在西伯利亚和阿拉斯加的大片地区。这些岩心长达 12 米，由长达 55,000 年的沉积物组成。

对永冻土芯的分析表明，很大一部分 (25%–35%) 的碳与矿物颗粒有关，因此微生物更难获取。“预测永久冻土融化与气候之间的相互作用非常复杂，因为在过去的 55,000 年里，沉积物中有机物质的微生物降解能力变化很大。这是由于在这段长时间的沉积过程中气候条件不同，”Janet Rethemeyer解释。

更温暖和更潮湿的条件导致碳与矿物颗粒的结合更差，而更冷和更干燥的气候导致更强的结合，主要是与氧化铁的结合。与氧化铁的更强结合意味着旧植物材料的分解率较低，正如科隆大学陆地生态学系动物学研究所教授 Michael Bonkowski 博士在实验室实验中所展示的那样。

“这些新发现可以为预测永久冻土融化产生的温室气体排放量的计算机模型做出重大贡献，”目前在纽约哥伦比亚大学进行研究的 Jannik Martens 说。