極地危機

極地危機
國立臺灣師範大學海洋環境科技研究所碩士生林永富/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮教授責任編輯

由於溫室效應越來越嚴重，溫度不斷上升，使得無數在極地（北極）湖泊底部的永凍土（Permmafost）逐漸在解凍，甲烷（CH4）釋放到大氣裡，一個CH4分子的溫室效應是一個二氧化碳分子的25倍，加速全球暖化。在新研究指出，在2100年以前，解凍中的永凍土會繼續增加，導致CH4的排放量增加20~40%，遠超過其他天然和人為的來源。

永凍土目前覆蓋全球陸地面積20%，在數十公尺深的表層土壤中，儲存了大約9500億公噸的碳（大多永凍土有數百公尺深），這些碳是枯萎的植物和動物的遺骸，已經堆積好幾萬年，只要冰凍在湖泊底部或湖泊之間，就會安全隔離在大氣之外，但當永凍土解凍，微生物接觸到冰封的殘骸時，會快速分解殘骸產生氣體，其一就是CH4。（如下圖1~3）

（圖1） 冰凍的土壤解凍，地表陷落，形成凹洞，積水後變成了池塘。

（圖2） 池塘互相連接，變成湖泊。湖水讓湖底的土壤解凍，微生物在缺氧狀態下分解其中的有機物，製造CH4。

（圖3） 湖泊變的更深，有機物含量更豐富的永凍土也跟著解凍。它也會分解，製造無數的CH4氣泡，浮到湖面上，並噴發到大氣裡。

永凍土含有非常大量的碳，當解凍時，剛開始在有氧狀態下，細菌和真菌對有機物分解產生二氧化碳（CO2），當開始形成積水時，而積水的底部會呈缺氧狀態，在缺氧狀態下，細菌進行厭氧分解產生CH4以及一氧化碳（CO），無數個積水會集合成湖泊，越變越深，有機物含量更豐富的永凍土也跟著解凍，進而產生更大量的CH4氣體等等溫室氣體。

但並非所有的永凍土都一樣，而在北極大多是比較特別的永凍黃土，它是土壤體積有90%是10~80公尺厚的大型冰楔和較小的冰晶組成，兩者都是CH4問題 的關鍵，它的形成時間是在最後一個冰河期的末期，覆蓋西伯利亞有180萬平方公里的面積，在北美洲也有一些分佈。根據研究計算，阿拉斯加地區的永凍土有 1/3~1/2已經升高了1~1.5℃，而在其他地區則已跨越0℃這重要的界線。

地球上的永凍土所含的碳量約為9500億噸，而永凍黃土所含的量約為4500億噸，若永凍黃土解凍50%，將會釋放出500億噸的CH4，而這些量遠大於 人類所製造出的量，對溫室效應也是極大的影響，而在2100年之前，解凍的土壤釋出溫室氣體，在加上分解過程中伴隨的一些的CO，將可能使全球大氣平均溫 度上升0.32℃，而間接影響到海面下的溫度也跟著上升。學者聲稱，除了陸地上的永凍土解凍會釋放出CH4，在極地附近西伯利亞陸棚下的永凍土和海床所蘊 含的量，估計約有1兆噸的CH4，更是遠遠超過陸地上永凍土所含的量，若海溫持續上升，而原本被冰封在海底下的甲烷水合物也將會慢慢釋到大氣，所帶來的影 響將會更大(如圖4)。

（圖4）大陸棚永凍土解凍示意圖

參考文獻：
1. Katey Walter Anthony (2009) :Scientific American, “Methane — A Menace Surfaces”, Volume 301 number 6, 44-51
2. Walter, K.M., J.P. Chanton, F.S. Chapin III, E.A.G. Schuur, and S.A. Zimov (2008): Methane production and bubble emissions from arctic lakes: Isotopic implications for source pathways and ages. Journal of Geophysical Research G: Biogeosciences, 113, 3.
3. Walter,K. M., S. A. Zimov, J. P. Chanton, D. Verbyla and F. S. Chapin III (2006): Methane bubbling from Siberian thaw lakes as a ositive feedback to climate warming, Nature 443, 71-75