随着地球温度持续攀升，北极冻土的永久性已不再得到保证。但政府间气候变化专门委员会（IPCC）本周发布的第六次评估报告指出，所谓永久冻土的退化将在多大程度上加剧气候变化仍不清楚。这种不确定性给研究人员的气候预测留下了一个令人沮丧的漏洞。
永久冻土覆盖了北半球陆地的四分之一，储存了约1.5 万亿吨有机碳，是地球大气层当前含碳量的两倍。这些碳大部分是远古生命的遗骸，被封存在冻土中长达数十万年。
近几十年来，由于燃烧化石燃料释放到大气中的二氧化碳等导致热量滞留而造成的全球变暖，永久冻土已经融化。根据美国国家海洋和大气管理局的数据，自 2000 年以来，北极变暖的速度是全球平均速度的两倍。随着这种增长加速了永久冻土的融化，其中包含的有机碳分解并释放出二氧化碳，从而加剧了气候变化。
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但气候科学家不确定永久冻土会释放多少碳以及何时释放，这反映在本周 IPCC 报告提供的广泛估算范围中。这种不确定性阻碍了气候变化预测，使得更难知道世界各国是否走在实现 2015 年《巴黎协定》中设定的限制全球变暖目标的正轨上。制定政策以实现这些目标取决于对每年有多少二氧化碳进入大气层的精确理解。
目前大多数现有的气候模型在其模拟中并未考虑永久冻土释放的碳。IPCC 的最新报告反而对永久冻土可能排放的碳范围做出了最佳估计。报告的主要作者之一、劳伦斯伯克利国家实验室的碳循环科学家查理·科文表示，在估计世界剩余碳预算（为实现《巴黎协定》目标仍可排放的二氧化碳量）时，考虑到了这个范围。他说，虽然这并非理想的做法，但“反映了气候危机的紧迫性”。“我们没有时间寻求完美的解决方案。我们需要根据我们已掌握的知识采取行动。”
与此同时，研究人员正在努力更好地理解永久冻土对全球变暖的贡献。关键在于地球的碳循环，即碳在陆地、水和空气之间的交换。在变暖的北极，两种相反的影响正在改变这一循环。随着土壤融化，土壤中生存的细菌、真菌和其他微生物会消耗暴露的有机物，并将碳排放到大气中。微生物群落在更温暖的北极地区也更容易茁壮成长，从而增加其数量和食欲。这可能会产生所谓的反馈循环：气候变化导致更多二氧化碳释放，从而在全球范围内加剧问题，进而引发更多碳的释放。然而，植物通常在温暖的温度和富含碳的空气中生长得更好。这种生长会从空气中吸收更多碳，并在植物死亡时将其沉积到土壤中。因此，随着地球永久冻土变暖，“你可能会问，‘谁会赢？’我们目前尚不清楚，”北亚利桑那大学研究北极生态系统的教授特德·舒尔说。
在过去的 20 年里，舒尔一直在阿拉斯加州德纳里国家公园附近运营一个研究站点，试图通过监测土壤和空气之间二氧化碳的交换来确定胜者。今年春天，他在《JGR Biogeosciences》杂志上报告了一件令人担忧的事情：土壤微生物正在获胜，这意味着舒尔研究站点周围的小区域是二氧化碳的净来源。
科文说，在目前这个阶段，“很难想象植物的生长能够超过永久冻土土壤中碳的流失”。但为了更好地确定 21 世纪可能释放的永久冻土碳量，“还有很多工作要做。”
虽然其他二氧化碳监测站点最近也显示微生物正在获胜——例如，在本月发表在《环境研究快报》上的研究结果中——但站点数量太少，无法自信地代表地球上所有永久冻土区域（总面积约2200 万平方公里）。伍德威尔气候研究中心位于马萨诸塞州法尔茅斯的北极系统研究员詹妮弗·瓦茨说，这些研究站点中很少有位于西伯利亚（世界上最大的永久冻土地区），这使得西伯利亚成为“一个黑匣子”。
北极恶劣而偏远的地形使研究人员很难冒险外出并建立更多站点。一种可能的补救措施是从远处用卫星观测融化的永久冻土。科学家已经使用卫星确定，尽管远程监测碳释放需要更高的技术水平，但北极大部分地区的植被覆盖率一直在增加。
稀疏的抽样并非造成永久冻土融化对气候变化贡献不确定性的唯一原因。北极科学家还不断发现碳循环故事中令人震惊的新转折。2019 年，瓦茨和其他科学家在《自然气候变化》杂志上报告称，许多研究站点的微生物即使在冬季也保持一定程度的活跃，因此全年都会释放一定量的二氧化碳。另一方面，在次年的《自然地球科学》杂志上，舒尔、科文和其他研究人员将融化湖（由富含冰的永久冻土融化形成的不断扩大的融水池）与甲烷气泡的释放联系起来，甲烷是一种碳化合物，其温室效应比二氧化碳更强。“如果没有这些气泡，你就会低估碳反馈，”阿拉斯加大学费尔班克斯分校生态系统生态学教授、融化湖研究的合著者凯蒂·沃尔特·安东尼说。
瓦茨说，即使在今天，北极变暖导致的甲烷释放仍然是“一个巨大的问号”。“我们知道存在甲烷。我们不知道有多少，而且我们绝对不知道未来会是什么样子。”
尽管全球平均气温已比工业化前水平升高了1 摄氏度以上，但科文说，“与可能等待我们的潜在变化相比，这相对较小”。气候科学家的常用策略是通过研究地球更温暖的过去来更好地了解永久冻土对地球更温暖未来的影响。在过去的几百万年里，气温偶尔会略高于今天。“每个温暖时期都是一个伟大的自然实验，”阿尔伯塔大学研究古代永久冻土如何应对过去温暖时期的副教授阿尔贝托·雷耶斯说。
今年春天，雷耶斯和其他人分析了加拿大北极和亚北极的洞穴沉积物，如石笋和石幔，并确定北极永久冻土土壤在一些古代温暖时期融化了很多。但根据南极和格陵兰冰盖中来自遥远过去的被困气泡的冰芯记录，大气二氧化碳或甲烷似乎并没有随之出现峰值。
“这些温室气体在哪里？”雷耶斯说。答案不一定是因为它们没有从融化的永久冻土中排放出来。与这次相比，远古时代的海洋有更多时间吸收永久冻土释放的二氧化碳。今天的水平远高于过去两百万年的水平，并且正以更快的速度上升。“我们已经把系统推到了如此遥远的地步，”他说。“人类创造了一种非比寻常的状况。”