地球上变化最快的地区之一是靠近地球顶端的最冷的地区，就在北极以南。该地区的变暖速度是全球平均速度的两到四倍。

这些“北方”森林和无树平原或“苔原”下面的冻土正在迅速融化。这是一个问题，因为永久冻土含有大量的易受影响的碳，是大气中现有碳的两倍多。其中一些碳正在移动。

我们想知道究竟有多少碳和氮从北部永久冻土区释放出来。环境可以是温室气体的来源，或者是一个“汇”——有效地吸收碳并将其从大气中移除。所以我们必须确定并平衡预算。

作为全球碳项目的一部分，我们现在已经发布了第一个完整的温室气体预算，计算了北方永久冻土地区的源和汇。这份报告对气候有好有坏的消息。

什么是永久冻土，我们为什么要担心？

永久冻土是保持冻结的土地。它可能含有土壤、泥炭、岩石和冰。通常，也可以看到古代动植物的遗迹，比如现在已经灭绝的长毛齿象。

在如此寒冷的条件下，植物主要在夏季生长。新叶凋落物和死去的植物很快被冷冻起来，永久储存数千年。这导致了惊人的碳储量的积累：超过一万亿吨。相比之下，所有热带森林和土壤的储藏量不到这个数字的一半。

在温暖的月份里，表层土壤可能会自然解冻，而下层土壤通常会保持冻结状态。但现在，人类引起的气候变化正在使土壤变暖，解冻季节越来越长，永久冻结的碳也在融化。

在解冻的土壤中，微生物开始分解死去的植物和其他腐烂的有机物。当这个过程在氧气存在的情况下发生时，二氧化碳（CO₂）被释放出来。在缺氧的情况下（如在湖泊和水饱和的土壤中），甲烷（CH₄）被释放出来。

甲烷是一种比二氧化碳更强大的温室气体，因为它在大气中含有更多的热量，所以它特别值得关注。不幸的是，永久冻土中的冰融化使更多的土地湿润，氧气含量低，因此释放出更多的甲烷。

被分解的土壤有机质也含有氮，导致一氧化二氮的排放，这是另一种强大的温室气体。

变暖导致更多的温室气体排放，而温室气体排放又导致更多的变暖，再导致更多的温室气体排放，这一过程被称为“正”碳-气候反馈循环。为了限制全球变暖，避免这些积极或自我强化的过程是很重要的。

另一种类型的反馈循环是“负”碳气候反馈，尽管这实际上是一件好事。它是负的，因为它减少了大气中剩余的排放总量。

在这项研究中，我们发现了碳-气候负反馈的证据，这种反馈减少了大气中的总排放量。更长的生长季节（由于全球变暖），土壤中有效氮的增加以及大气中二氧化碳浓度的增加，都有助于植物生长更长时间并积累更多的碳。

我们做了什么？

一个由来自35个研究机构的科学家组成的小组汇编并评估了所有可用的陆地、淡水和大气中温室气体排放的观测和模型。根据这些信息，我们编制了2000 - 2020年期间二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的综合温室气体预算。

这项工作是对所有区域和海洋进行全球评估的一部分。

碳在移动

我们发现永久冻土是一个小到中等的二氧化碳汇，每年储存2900万到5亿吨碳。

在2000 - 2020年的研究期间，加拿大和俄罗斯的北方森林以及其他较小的地区主要吸收了二氧化碳，当时植物生长加快，生长季节延长。但与此同时，湖泊、河流和野火也是二氧化碳的来源。

该地区也是甲烷和一氧化二氮的来源，甲烷和一氧化二氮是仅次于二氧化碳的全球第二和第三大温室气体。

虽然甲烷排放在人类引起的气候变暖之前就已经发生了，但随着时间的推移，许多来源的甲烷排放也在增加。我们发现湿地是甲烷的最大来源，随着冰层的融化，越来越多的土地被水浸湿。

一氧化二氮排放的最大来源虽然单位面积相对较小，但来自干苔原和北方森林。

按100年计算，这三种温室气体对全球变暖的总贡献接近于零。这意味着二氧化碳汇导致的冷却抵消了甲烷和一氧化二氮排放造成的变暖。政府间气候变化专门委员会（IPCC）使用100年的时间框架来比较21世纪的所有温室气体。

但在20年的时间尺度上，目前的温室气体排放是全球变暖的一个净来源。甲烷排放的强大变暖潜力是短期内影响气温的因素。

未来会怎样？

目前尚不清楚永久冻土区的温室气体排放未来将如何变化。但我们确实知道，许多地区的甲烷排放量已经在增长，而且这种趋势可能会持续下去。

IPCC使用的地球系统模型表明，在各种排放情景下，在21世纪保持二氧化碳汇是可能的。但这些模型在很大程度上忽略了当地永久冻土的崩塌（与缓慢融化相反）和极端的野火，这两者都能迅速增加温室气体的排放。

永冻土地区的野火越来越令人担忧。我们预算的最后一年是2020年，所以我们错过了2021年西伯利亚和2023年加拿大前所未有的野火。这两个事件中的每一个野火的排放量都达到了大约5亿吨碳，足以抵消甚至将二氧化碳汇转变为净源。

将永久冻土中的碳保持在地下的唯一方法是迅速减少并最终消除人类活动产生的温室气体排放。如果不这样做，可能会给全球变暖助一臂之力——因为变暖会使永久冻土融化，并从古老的储存中释放更多的碳和氮，从而形成一个持续的反馈循环。