北极地区地表以下 11 英尺的土壤持续融化。沉降坑正在出现，高速公路正在弯曲，房屋和森林正在倾斜，所有这些都对从摩尔曼斯克到朱诺的景观、野生动物和城市造成严重破坏。这层永久冻土层——定义为持续冰冻两年以上的土壤——覆盖了北半球近四分之一的陆地。但这个总面积正在缩小，新的模型显示，它可能在本世纪末几乎消失殆尽。
“我们的模型预测，地表 [11 英尺] 以内的永久冻土面积将在下个世纪急剧下降，”科罗拉多州国家大气研究中心的氣候变化研究员戴维·劳伦斯解释说。“更深的永久冻土，可以向下延伸 [超过一英里]，我们的模型没有表示，将基本不受全球变暖的影响。”劳伦斯和他在科罗拉多大学的同事安德鲁·斯莱特开发了一个模型，该模型考虑了大气、陆地、海洋、海冰和土壤本身的影响。“人们以前使用模型研究过永久冻土，但不是在一个完全互动的气候系统模型中，”劳伦斯指出。
研究人员将该模型应用于几种情景，以确定在不同浓度的温室气体下，永久冻土会如何反应：一种情景是大气中温室气体浓度从目前的百万分之 350 (ppm) 飙升至 2100 年的百万分之 810；一种情景是由于部署了无排放技术，这种浓度水平稳定在百万分之 550 左右；以及一种被称为“一切照旧”的情景，其中浓度攀升至百万分之 700。
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在飙升情景下，永久冻土从今天的超过 400 万平方英里减少到 2100 年的仅 40 万平方英里。即使在最佳情景下，永久冻土也缩小到仅覆盖 150 万平方英里。“如此大规模的永久冻土退化可能对生态和社会产生重大的不利影响，”研究人员在最新一期的《地球物理研究快报》中写道。（在上图中，浅蓝色表示当前的永久冻土覆盖范围；深蓝色表示“一切照旧”情景下的未来覆盖范围。）
今天，北极河流向海洋输送的淡水已经比 20 世纪 30 年代多了 7%。该模型正确预测了这种上升，并指出到本世纪末，水流量将增加多达 28%，因为水在没有被冻土阻挡的情况下排出。这可能会影响从海冰的形成到北冰洋洋流循环的一切。
更令人担忧的是，这层永久冻土层包含世界上土壤中 20% 到 60% 的碳。融化可能导致大规模的“正反馈循环”，从而推动全球温室气体浓度进一步升高。“主要的反馈是目前‘锁定’在冻土中的有机物可能加速分解，导致大气中温室气体（如[二氧化碳]和甲烷）浓度升高，”劳伦斯说。“如果这种排放大规模发生，它可能会加速或加剧全球变暖。”