近年来夏季总是热浪滚滚,最热年份的各种记录不断被打破。我们的地球,没有最热,只有更热。全球变暖主要是由人类燃烧化石燃料引起的。此观点有着坚实的科学基础:来自全球各地的气温观测数据、湖泊沉积、冰芯和树轮的一系列证据、北极海冰和南极冰盖的消融等现象。当然,还有一个重要的现象,那就是冻土的温度上升。地冻住了,就成了冻土。除了大家直接看到的地面冻结的土壤之外,还有一种分布广泛的冻土:多年冻土。
其实,多年冻土是指存在时间超过两年的温度低于0℃、含有各种物质的岩石或土壤,很多地区,多年冻土的存在时间可超过几万年。多年冻土对水文过程和植被都有重要影响。多年冻土面积分布巨大,全球的多年冻土区占北半球陆地面积的24%,总面积约1900万平方千米。多年冻土对水文过程有着重要的影响。在环北极地区,很多地表看起来含水量高,河流分布广泛。
可是很多地方的年降水量只有150-250 mm,如果没有多年冻土的存在,环北极地区将是一片荒漠。多年冻土冻结层的存在,阻止了土壤水分的下渗,因此水分浸润地表土壤时,就会形成沼泽和池塘,可以为植物生长提供水分。在多年冻土区进行工程建设,面临着许多挑战。多年冻土对工程的影响也很大。因为多年冻土深埋地下,且其厚度太大,人类在多年冻土区的工程只能建立在多年冻土层之上。
随着全球变暖,多年冻土在不断退化,冻结层融化后,会导致地面沉降,从而影响到工程结构的稳定性。工程本身会对土层的结构产生影响,公路的沥青路面还会吸收更多的热量,加速多年冻土的退化。因此,在多年冻土区进行工程建设,面临着许多挑战。许多工程须在多年冻土区修建。因此,人们发展了一系列技术,用以提高多年冻土区工程的稳定性。多年冻土对我们的日常生活有影响吗?当然有。
多年冻土主要是在环北极地区和青藏高原,那与我们的日常生活有关系吗?当然有关系,主要原因是其对水循环和气候的影响。多年冻土对水循环有着复杂的影响。例如我们国家的三江源自然保护区就广泛发育多年冻土。多年冻土退化会增加土壤水分下渗,减少地表径流,从而影响我国和亚洲多条重要大河的径流量和年内分配规律。此外,若多年冻土全部退化,其巨大的地下冰储量也会融化,改变全球的水循环。
多年冻土对气候的影响主要是因为其与碳循环相关。多年冻土区温度低、土壤含水率高,限制了土壤微生物的活动,有机质的分解缓慢;表层土壤强烈的冻融循环会将有机质带入深层土壤,促进了有机质的埋藏。多年冻土区有机质分解缓慢,经过千百年来,甚至是数万年以来的长期积累,积累了大量的有机碳。多年冻土区有机碳的储量约为大气中碳储量的2倍。
多年冻土区的巨大碳库和多年冻土的发育密切相关,其积累的必要条件就是多年冻土区的低温环境。多年冻土退化,意味着土壤温度升高,这会加速活动层中碳的分解,同时也使得多年冻土层中之前冻结的有机碳开始融化,并也被微生物利用分解。这些有机碳分解后会形成温室气体进入大气,从而进一步加速全球变暖。多年冻土的碳储量巨大,其变化足以影响到大气中温室气体的浓度。毫无疑问,温度升高会加速土壤中有机碳的分解。
当然,温度升高在夏季会促进植被生长,在夏季能吸收更多的碳。但是,大部分研究表明,这部分吸收的碳不足以抵消土壤中释放的碳。也就是说,多年冻土退化和温度升高后,会整体上导致碳的释放。如何把更多的碳留在未解冻的多年冻土里?对多年冻土区的碳进行固定显然不切实际,唯一可行的解决方案是限制化石燃料的使用和森林砍伐,以此减缓全球变暖。
只有这样,才能减缓多年冻土的融化速率,从而为全球各个地区的人类争取更多的适应时间。