當北極海冰消融：冰下巨量溫室氣體甲烷將逃逸

（原標題：兩極礦藏 福禍相依）

袁一雪

地球升溫，存在著海平面上升淹沒沿海城市的危險。殊不知，除了海拔較低的沿海城市面臨著被淹沒的風險，整個地球都可能會因為北冰洋浮冰的融化而陷入危險中。而這一危險來自於北極地區豐富的礦產資源。

近日，哥倫比亞大學和麥吉爾大學的科學家在《地球未來》雜誌上發表的一項研究顯示，自上世紀80年代末以來，北極海冰漂移速度每十年約增加14%。同時，由於氣候變化加速北冰洋海冰漂移，原油泄漏等環境污染的傳播速度也隨之加快。

其實，隨著氣候變暖使北極通航變得可行，周邊國家——美國、加拿大、丹麥、芬蘭、冰島、挪威、俄羅斯和瑞典都在密切關注著該地區尚未開發的自然資源。更重要的是，這些北極周邊的國家都深知海冰在石油污染擴散方面所起的作用，所以在2013年，八國北極理事會同意在治理原油泄漏污染方面展開合作。

兩極都擁有豐富礦產

雖然地球的南北極氣候不佳，但卻都是礦藏豐富的地區。美國和丹麥科學家2009年公布研究成果稱，截至2007年，北極圈以北開發了400多個油氣田，其中包含400億桶石油（BBO）、1136萬億立方英尺天然氣和80億桶天然氣液體，主要分布在俄羅斯的西西伯利亞盆地和阿拉斯加的北坡。第二年，美國地質調查局發布的評估報告稱，北極地區礦藏潛力巨大，可用現有技術開發的石油儲量可能高達900億桶，可供全球使用近3年。

不僅在北極，南極也同樣蘊藏著豐富的石油與天然氣資源。其中，南極半島陸架區、別林斯高晉海和阿蒙森海陸架區也是油、氣儲量較為豐富的地區。石油儲存量約500億～1000億桶，天然氣儲量約為30000億～50000億立方米。

中國科技大學地球空間科學學院教授謝周清在接受《中國科學報》記者採訪時介紹說，目前，北極圈內的未探明天然氣儲量約佔全球未探明儲量的三分之一，其中大部分分布在俄羅斯版圖內。此外，北極圈內的未探明石油儲量可能佔全球未探明儲量的4%。北極圈內的天然氣主要分布在4個區域：喀拉海南部、巴倫支海盆北部、巴倫支海盆南部以及阿拉斯加平台，其中喀拉海南部未探明天然氣儲量佔北極圈整個儲量的39%。

甲烷是天然氣的主要成分。中國科學技術大學教授孫立廣和謝周清團隊的研究人員在2010年參與過我國組織的第四次北極科學考察，採用密閉箱法，測定了北冰洋中心海域（大約北緯87度）的甲烷通量。

調查結果顯示，在該海域的海冰被打破之後，甲烷呈現出明顯的排放趨勢，冰下海水每天每平方米大約平均排放0.56毫克甲烷，比東西伯利亞北冰洋大陸架還高2～4倍，遠高於太平洋和大西洋等海域的海水甲烷排放通量，該項研究成果發表在《大氣環境》上。「這表明，北冰洋中心海域的冰下海水中儲存著大量的甲烷氣體。」謝周清說。

是福是禍？

雖然蘊藏巨量甲烷，可因為海冰的存在，阻礙其排放到空氣中。這一點在孫立廣與謝周清的團隊科考過程中也得到了證實。他們的團隊在海冰表面觀測到了負的甲烷通量。「我們發現海冰表面存在吸收和消耗甲烷的過程，海冰中可能存在能夠消耗甲烷的甲烷氧化菌。」謝周清解釋說。

另外，在海冰表面甲烷可以被光化學氧化消耗，這意味著，北冰洋海冰的消融將會導致大氣中甲烷濃度增大。

在2012年的中國第五次北極考察期間，他們的團隊再次派出研究人員跟隨著雪龍船穿越北冰洋中心海區。「我們進一步採集了大氣甲烷氣體，分析其中的碳同位素特徵，發現碳同位素與生物成因來源相似，表明已經有生物作用產生的甲烷氣體從冰下海水逃逸到大氣中。」謝周清介紹道。這一結果發表在《科學報告》上。

與此同時，美國哈佛大學等組成的聯合團隊在《自然—地球科學》的研究報道，通過飛機航測，他們發現在北冰洋一些冰間湖上方大氣甲烷濃度相對較大，並估算出這些海區的排放通量高達每天每平方米2毫克，比謝周清等人觀測的結果還要大3倍。「這意味著包括目前已知的北冰洋大陸架，整個北冰洋都是甲烷的源，如果海冰消融，由於冰下海水甲烷過飽和，將釋放到大氣中。對於海洋排放的甲烷，當前估算的是每年大約500萬~1000萬噸，大約佔全球排放的0.8%～1.7%，但是，由於北冰洋的潛在排放通量遠高於其他海區，在估算中沒有考慮這一因素，這一潛在來源需要引起重視。」謝周清補充道。

與北極相比，南極不同區域的海冰變化不同，比如在南極半島海冰出現減少，但是在羅斯海地區海冰卻增加，相關研究較少。

控制還在人為

由世界氣象組織（WMO）和聯合國環境規劃署（UNEP）建立的政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告指出，1979年以來，北極海冰範圍每十年縮小3.5%～4.1%，夏季縮小最為明顯，能達到每十年縮小9.4%～13.6%。同時，報告預測，2050年北極將會出現夏季無冰的現象。「這將加速北冰洋包括大陸架和中心海域的甲烷通過海氣交換作用釋放到大氣中，由於甲烷是重要的溫室氣體，其對全球氣候變化的影響應予以重視。」謝周清再次提醒。

而且，根據德國、美國和英國的研究人員在《科學》上發表的最新研究表明，每排放1噸二氧化碳，北冰洋9月份海冰範圍將持續減少大約3立方米，按此估算，北冰洋9月份的海冰完全消失只需要再增加排放大約1000Gt（1Gt=109噸）二氧化碳。按目前每年排放35Gt計算，不超過30年北冰洋海冰將徹底消融，這個估算比IPCC第五次評估報告時間還要提前些。

只是，目前沒有單獨針對海冰的保護性條約，但是有保護南極生態環境和資源的《南極條約》，以及管理北冰洋活動的國際條約，如《聯合國海洋法公約》。「如果按照氣候變化巴黎協定，努力把升溫控制在1.5攝氏度之內，那麼需要對二氧化碳進行減排，北極的海冰有望長期存在。」謝周清補充道。

本文來源：中國科學報責任編輯：白鑫_NT4464

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