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说化就化的“永久冻土”,如何成为全球威胁?

2020年6月23日

2020年5月29日,位于北极圈的俄罗斯泰米尔半岛发生重大柴油泄漏事故。一座隶属于世界上最大的钯金、铂金和铜生产商之一的诺里尔斯克镍业公司发电厂柴油储油罐突然倒塌,随后发生泄漏。 

这是北极有史以来最严重的漏油事故之一,超过2万吨柴油外泄并污染了当地长达20多公里的河流。因漏油规模巨大且地处北极地区,污染物难以被全面清理,将对环境造成严重破坏。

泄漏的柴油沿着河流持续扩散。© Russia Marine Rescue
2020-5-31——2020-6-1对比,卫星图中清晰可见3天之内被柴油染红的河流,并且污染物在沿水流持续扩散。图源:欧盟哥白尼“哨兵”卫星图

绿色和平俄罗斯办公室预计该事故对水体污染造成的经济损失将超过100亿卢布(约等于1.3亿欧元),而土壤修复和空气污染治理也会增加成本。

事故责任方——诺里尔斯克镍业公司在环境领域臭名昭著。该公司污染排放长期超标,其二氧化硫年排放量占到全球总量的1%,主要厂区所在地诺里尔斯克甚至被评为“全球污染最严重的十大城市”。

北极圈内的诺里尔斯克工业区污染严重。© Liza Udilova / Greenpeace

该公司对此次漏油事故的解释为:作为地基的永久冻土融化,导致储藏设施崩塌进而引发柴油泄漏。

那么“永久冻土”为什么会融化?冻土融化的影响和后果是什么?我们又该怎样预防此类事故再次发生?让我们来一一解读。

冻土为什么会融化?

冻土是指温度低于0℃并含有冰的土或岩层。按存在时间分类可分为永久冻土(又称多年冻土,连续冻结时间2年至数万年以上)、季节冻土(冻结时间为半月、数月至两年以内)等。全球多年冻土区(不包括冰盖下伏的多年冻土)占全球陆地面积的9%-12%,而北半球的多年冻土面积则占北半球陆地面积的23.9%。

北半球多年冻土主要分布在欧亚大陆和北美大陆及其北部的北冰洋岛屿,以及大陆架和部分洋底。图源:见脚注[2]

冻土与冰川、冰盖、积雪、海冰等一起构成了冰冻圈,储存有全球77%的淡水资源,是全球水循环的重要组成部分。

© 绿色和平

冰冻圈是全球气候变化重要的指示器。21世纪以来,全球气候进入加速变暖时期。世界气象组织数据显示,过去五年期是有记录以来的最高水平。2020年有约69%的可能性成为有历史纪录以来最热的一年。在过去的30年中,北极地区升温速度大约是全球的两倍。今年5月,西伯利亚部分地区气温更是比多年平均温度高10℃以上。

2020年4月全球温度距平(1981-2010)/ 图源:见脚注[6]

温度升高是导致冻土消融的直接原因。预计到2100年将有约25%的多年冻土会融化。如果温室气体排放量继续大幅增长,70%的近地表多年冻土有可能消融。即使全球变暖控制在低于2℃范围内,冻土消融的趋势仍难以逆转。

全球变暖导致冰川融化,北极熊正在失去家园。© Larissa Beumer / Greenpeace

冻土消融有什么危险?

北极地区海冰和积雪面积的缩小早已被广泛关注,而多年冻土退化消融却很少被提及。据分析,西伯利亚地区的冻土消融已经造成了道路损坏、房屋倒塌等问题,并对传统的农业和畜牧业造成影响。

绿色和平于2009年前往西伯利亚的亚马尔半岛,记录冻土消融带来的环境变迁。© Greenpeace / Steve Morgan

冻土消融严重威胁冻土层上的各类基础设施,导致工程病害率增加,这主要由于工程对于多年冻土的复杂性及冻土工程问题的认识不足。

例如修建于二战时期阿拉斯加的诺姆机场,修建时并未考虑到未来冻土消融的风险,导致阿拉斯加交通部仅在2019年夏天就花费了450万美元对机场跑道进行了修复。除此之外,冻胀和融沉对输油气管道、泵站等附属构造物也会构成较大的风险。

数据显示,俄罗斯多年冻土和铁路病害率为30%左右,中国青藏公路病害率也达到了33%。

俄罗斯北部,温度升高导致的热融沉陷使铁轨变形。© Greenpeace / Kajsa Sjolander

冻土消融加剧气候变化

冻土层一方面受气候变化影响,同时冻土消融可能进一步加剧气候变化。由于北半球的多年冻土富含大量有机碳,如果冻土融化,这些有机碳则有可能转化为二氧化碳和甲烷释放出来。据估测,北极圈冻土区储存的陆地有机土壤碳有约14600到16000亿吨。

自然·地球科学杂志发表的一项研究表明,冻土消融导致的热融沉降、快速侵蚀和热融泥石流等过程也会突然排放出大量的温室气体。

诺里尔斯克高耸的烟囱。该城市是世界上二氧化硫排放量最高的城市之一。© Liza Udilova / Greenpeace

面对冰冻圈消融,我们该怎么办?

2009年绿色和平发布报告,评估了永久冻土消融对俄罗斯石油和天然气工业基础设施可能造成的风险。我们建议俄罗斯必须认真采取措施应对气候变化,用可再生能源发电厂代替柴油与化石天然气发电厂等。而此次泄漏事故更是印证了冻土融化的危害。

在中国,多年冻土主要分布于西部的青藏高原、阿尔泰山、天山、帕米尔、横断山,东北的大、小兴安岭、长白山和大兴安岭南端的黄岗梁山以及东部的太白山、五台山等。在气候变化背景下,中国冻土层也面临着消融的风险。比如青藏高原多年冻土北界西大滩附近的冻土面积自1975年以来面积减少了12%。

中国多年冻土主要分布于西部的青藏高原、阿尔泰山、天山、帕米尔、横断山,东北的大、小兴安岭、长白山和大兴安岭南端的黄岗梁山以及东部的太白山、五台山等。图源:见脚注[13]

在全球气温升高趋势加快时,冰冻圈发生各类灾害的风险不断增加,除了冻土层消融,冰川退缩带来的自然灾害也不容忽视。1950年以来,中国82%的冰川处于退缩状态,面积退缩量在18%以上。而冰川退缩将增加冰崩、冰湖溃决、冰川泥石流、洪水等冰川灾害的发生概率。

2007年,绿色和平在珠穆朗玛峰调查加速的气候变化导致的冰川融化。© Greenpeace / John Novis

对于面临冰冻圈消融风险的各国来说,除了加强减排力度,遏制全球气候变化,保护冰冻圈之外,及时有效的适应性策略能够最大限度的减少气候灾害带来的损失和威胁。而对于生活在冰冻圈地区的人们来说,需要提高风险意识,更快速地接收自然灾害预警,提高抵御气候风险的能力。

此项目已在北京获得临时活动备案

参考资料:

[1] 车涛, 陈仁升, 丁明虎等, 2018, 冰冻圈科学概论(修订版), 秦大河主编, 北京: 科学出版社, 2018.9 pp.39-40

[2] 图片来源:Brown,J., O.J. Ferrians, Jr., J.A. Heginbottom, and E.S. Melnikov. 1998, revisedFebruary 2001. Circum-arctic map of permafrost and ground ice conditions.Boulder, CO: National Snow and Ice Data Center. Digital media.

[3] 世界气象组织 https://public.wmo.int/zh-hans/media/%E6%96%B0%E9%97%BB%E9%80%9A%E7%A8%BF/%E4%B8%96%E7%95%8C%E5%9C%B0%E7%90%83%E6%97%A5%E5%BC%BA%E8%B0%83%E6%B0%94%E5%80%99%E8%A1%8C%E5%8A%A8

[4] NOAA National Centers for Environmental Information, State of the Climate: Global Climate Report for April 2020, published online May 2020, retrieved on June 8, 2020 from https://www.ncdc.noaa.gov/sotc/global/202004/supplemental/page-2.

[5] NSIDC, Climate change in the Arctic https://nsidc.org/cryosphere/arctic-meteorology/climate_change.html

[6] 图片来源:NOAA https://www.ncei.noaa.gov/news/global-climate-202004

[7] IPCC, 2019: Summary for Policymakers. In: IPCC SpecialReport on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate [H.-O. Pörtner, D.C.Roberts, V. Masson-Delmotte et al. (eds.)]. In press.

[8] The Washington Post, Arctic fuel spill prompts Russia’sPutin to declare emergency and slam slow response, https://www.washingtonpost.com/world/europe/russia-arctic-oil-spill-siberia/2020/06/04/a1d24ad8-a667-11ea-b619-3f9133bbb482_story.html

[9] 车涛, 陈仁升, 丁明虎等, 2018, 冰冻圈科学概论(修订版), 秦大河主编, 北京: 科学出版社, 2018.9 p.259

[10] Meredith, M., M.Sommerkorn, S. Cassotta, et al,, 2019: Polar Regions. In: IPCC Special Reporton the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate [H.-O. Portner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, et al. (eds.)]. In press.

[11] Turetsky, M., Abbott, B., Jones, M. et al.,2020, Carbon release through abrupt permafrost thaw. Nat. Geosci. 13, 138–143(2020). https://doi.org/10.1038/s41561-019-0526-0

[12] IPCC,2019: Summary for Policymakers. In: IPCC Special Report on the Ocean andCryosphere in a Changing Climate [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, V.Masson-Delmotte et al. (eds.)]. In press.

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