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多年冻土中的模式可以帮助建立气候变化模型

  • 科学
  • 2020-06-10 08:38:38
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北极地区约占地球的20%。但是,水文学家几乎几乎所有关于覆盖多年冻土的富碳土壤的知识都来自在阿拉斯加的道尔顿高速公路脚下仅几英尺处进行的测量。

在小样本大小是个问题,尤其是对于科学家研究北极水文的作用气候变化。多年冻土中含有大量的碳,这可能会转化为温室气体。但是由于缺乏数据,因此难以预测随着温度升高而永久冻土融化时水和碳将发生什么变化。

由德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家领导的新研究可能有助于解决该问题。

过去四个夏天,科学家们在阿拉斯加北坡的5,000平方英里范围内测量了多年冻土,该地区的面积相当于康涅狄格州的面积。在建立急需的土壤数据集的过程中,他们的测量揭示了一个重要的模式:不同多年冻土类型的水文特性非常一致,可以根据周围的景观进行预测。

迈克尔·奥康纳(Michael O'Connor)是该研究的负责人,同时他从UT杰克逊地球科学学院获得博士学位,他说:“有一大片土地是可以预见的。” “我们的论文表明,在广阔的研究领域中,这些特性中的这些非常简单的模式是正确的。”

该研究发表在《地球物理研究快报》上。共同作者包括来自杰克逊学校,犹他州考克雷尔工程学院,犹他州立大学和密歇根大学的研究人员。

研究人员检查了来自不同类型地形的近300个土壤样品。他们发现土壤类型及其厚度与景观密切相关,研究人员根据优势植被以及环境是在山坡上还是在河谷底部将景观分为五类。

他们还发现,三种土壤类型中的每一种都具有独特的特性,这些特性影响土壤传递热量和水分的难易程度,从而决定了二氧化碳和甲烷(另一种强大的温室气体)的释放方式。

这些发现将使科学家能够查看自然景观,以了解碳和温室气体如何通过下面的土壤移动。

尽管这项研究并未对碳释放做出预测,但合著者杰克逊学院地质科学系教授巴亚尼·卡德纳斯(Bayani Cardenas)表示,该研究提供了研究框架。

卡德纳斯说:“我们的数据填补了已有30年的知识空白。” “研究多年冻土和气候变化的社区将欣赏其内在价值。”

永久冻土锁存的碳与大气中已经存在的碳一样多。但是,直到进行本研究之前,气候建模人员还没有直接的多年冻土土壤信息,其研究记录仅限于沿道尔顿公路沿线的十几个样本,并且工程报告研究了用于道路和管道建设的多年冻土。

奥康纳说,改善气候科学家可获得的数据是永久冻土收集运动的主要动机。阿拉斯加的北坡几乎是纯净的荒野。研究小组依靠直升飞机四处走动,并依靠一把18英寸的面包刀从地球上切下几块土壤。

“我们在某些地方可能没有人涉足过。” 卡德纳斯说。

在景观和永久冻土之间找到图案并不奇怪。在该地区工作的植物生态学家曾轶事提及。但是新发布的数据是整个研究社区可以借鉴的。

洛斯阿拉莫斯国家实验室的水文学家和气候建模师凯茜·威尔逊(Cathy Wilson)也在阿拉斯加进行了多年冻土研究。她说,这项研究是气候模型迈出的重要一步,她希望在自己的工作中运用研究技术。

她说:“这使我们真正开始将有关土壤性质的宝贵信息扩大到至少北坡,山脉的山麓地区以及其他地区。”

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