北极以冰原广布、永久冻土而闻名，但随着气候持续升温，这片寒冷的大地正发生着剧烈转变。冰层融化的背后，一个无声却强大的威胁悄然浮现——甲烷（CH₄）。
与二氧化碳相比，甲烷虽未受到广泛讨论，但其对全球变暖的影响却深远而强烈。《Nature》期刊发表的一项研究《大气中甲烷的季节性振幅的变化趋势》指出，北极地区不断上升的甲烷排放量，正逐渐打破全球温室气体排放的原有平衡，可能触发排放增加、升温加剧，同时排放进一步增加的正反馈循环。
甲烷：温室效应的“隐形冠军”
甲烷在大气中的含量虽不及二氧化碳，但其温室效应却要强得多。在百年时间尺度上，甲烷的增温能力可达二氧化碳的30倍，且在大气中的停留时间约为12年，短期气候影响更为突出。
工厂排放气体
美国科罗拉多大学博尔德分校环境科学合作研究所（CIRES）的气候科学家兰欣（Lindsay）对此表达了忧虑：“甲烷是一种强效的温室气体，我们必须尽快采取应对措施。根据研究发现在2007-2023年间全球大气甲烷浓度的持续攀升中，约60%源于气候变暖激活的自然排放源，这一比例远超此前预估。要遏制其上升，我们需要采取更有力的措施减少其排放。”
北极甲烷浓度稳步攀升
在美国国家海洋和大气管理局（NOAA）全球监测实验室，研究团队多年来一直追踪全球甲烷浓度的变化。数据显示：自2007年以来，甲烷浓度呈持续攀升趋势。其中，北极地区的增幅尤为显著，成为全球甲烷排放的关键贡献区。
此前，科学界普遍认为化石燃料是甲烷排放的主要来源，因其排放量占甲烷总排放的30%。但研究团队发现，另一股力量正悄然觉醒——被气候变暖“唤醒”的古老微生物。
古菌（Archaea），作为一类在地球演化史中存在超过35亿年的原核生物，广泛分布于湿地、永久冻土、垃圾填埋场和牲畜肠道等厌氧环境中，是天然甲烷的主要生产者。这类微生物的产甲烷过程对温度高度敏感，温度每升高10℃，其代谢速率可提升2-4倍。目前，微生物产生的甲烷已占全球甲烷总排放量的近半数，然而由于北极地区观测站点稀疏、地形复杂，要精确溯源仍困难重重。
古菌与古菌互营的新的生物降解产甲烷模式
研究团队不仅关注甲烷排放的长期趋势，还通过季节性变化的波动追踪地下正在发生的微妙变化。她的团队发现，北极甲烷排放的季节性峰值已从传统的夏季（7-8月）向春季（5-6月）提前，这一现象与北极春季冻土解冻期提前直接相关。
冻土融化加剧甲烷排放
研究团队深入分析了数十年的观测数据，发现在北纬60°以北的高纬度地区，甲烷的季节性振幅（即一年中最高浓度与最低浓度之间的差值）正在以每10年0.5ppb的速率缩小，随着季节性差异减弱，甲烷排放逐步增加，使得全年排放变得常态化。
原因在于北极湿地面积持续扩张。融化的冻土层释放出了古老的碳储存，为古菌创造了完美的生存条件。模型显示，在较温暖的月份，北极湿地面积增加了25%，其中西伯利亚北部、阿拉斯加北部的湿地扩张最为显著，大量有机质分解为微生物提供养料，进而催生更多的甲烷排放。
反馈循环加速
永久冻土融化会使更多碳释放到大气中，而大气中碳含量增加又会进一步导致气温上升，进而加速永久冻土融化——如此便形成了一个恶性循环。研究结果显示：自2007年以来，这一循环正不断强化，曾经缓慢渗出的甲烷，如今正以洪水般的速度涌出。
蓝冰胜景
兰欣还指出：“本研究与先前多项研究共同提供了间接证据，表明甲烷排放可能存在气候反馈机制，这种过程可能超出人类直接控制的范围。”在之前的工作中，研究团队还分析了当前甲烷激增与上一个冰期结束时的剧烈升温事件之间的关联：当时，随着北极冰盖消融，大量甲烷从地下释放，引发全球气温迅速上升。而如今，这一幕似乎正在“加速重演”。
被低估的甲烷排放量
甲烷不会永远滞留大气中。羟基自由基（·OH）作为大气中最主要的“甲烷清洁工”，能通过氧化反应将甲烷分解为二氧化碳和水。研究团队通过卫星遥感数据与地面观测协同反演发现，自1984年以来，大气中这类自由基的浓度已增加了10%，这一变化与全球臭氧浓度、挥发性有机物排放的区域差异密切相关。
然而，羟基自由基的观测极具挑战性。其存留时间仅数秒，且空间分布高度不均，传统观测手段难以实现全球覆盖，因此科学家曾长期假设其浓度在全球范围内大体恒定。但该研究表明，大气对甲烷的清除效率实际上比过去预估的要高。“结果显示，我们低估了大气清除甲烷的效率，这意味着实际排放的甲烷量比我们之前估计的要多。”兰欣解释道。
北极甲烷反馈循环的“隐忧”
若大气自净能力增强而甲烷浓度仍持续攀升，这将直接指向一个严峻事实。即甲烷减排计划的制定依赖准确的排放数据，若数据存在偏差，减排措施可能无法达到预期效果，甚至导致全球温控目标难以实现。
兰欣强调，准确识别甲烷的排放源至关重要。尽管微生物排放迅速增加，但化石燃料燃烧、油气开采泄漏等人为排放仍占全球甲烷排放的30%-35%，仍是当前减排的关键抓手。更值得警惕的是，北极永久冻土中封存的碳含量高达1.7万亿吨，是当前大气碳含量的两倍。若气候变暖持续，永久冻土融化可能引发灾难性的碳释放。我们需要积极削减所有我们可以控制的温室气体排放，在达到临界点之前解决这个反馈循环问题。
在失控前采取行动
时间并不站在我们这边。甲烷的浓度上升与过去升温事件相似，但这一次，人类活动正在放大其效应。该研究揭示了一个关键事实，北极环境变化的速度超出预期，甲烷排放问题正逐渐被忽视。
当前，北极永久冻土的“临界点”仍不明确，但模型模拟显示，若全球升温突破1.5℃，北极将有30%的表层冻土在本世纪末解冻；若突破2℃，这一比例将升至50%。现在，问题只剩一个——在这一恶性循环彻底失控之前，我们还剩多少时间？
好啦，本期的科普又到尾声咯！如果你还有点意犹未尽的话，赶快点击上方蓝字关注“南国极地问题研究中心”公众号吧，往后我们会继续给大家带来更多有趣的极地科普哦~
原文链接：https://www.earth.com/news/arctic-warming-fuels-dangerous-methane-feedback-loop/?sessionid=
