北极永久冻土融化与甲烷释放｜加速变暖的恶性循环

北极正在发生什么：升温幅度远超全球平均

北极放大效应

北极地区的变暖速度快于全球平均水平。这一现象被称为“北极放大效应”，近年研究报告称，自1979年以来约40年间，北极的气温上升幅度达到全球平均的约4倍。海冰减少后，原本反射阳光的白色表面被深色海水取代，吸收的热量增加——这种“冰—反照率反馈”是放大效应的主要原因之一。

北极的变化并非遥远的事情。海冰减少、永久冻土融化和北冰洋航道化相互关联，其影响也波及日本的天气、渔业和海运。本文特别围绕永久冻土释放的甲烷与变暖的正反馈，梳理最新的观测与估算。

海冰现状：2025年的观测

据美国国家冰雪数据中心（NSIDC）称，2025年北极海冰在9月10日前后达到年度最小值约460万平方公里，在近47年的卫星观测中排第10低。此外，2025年3月的冬季最大面积是卫星观测史上最小的。9月最小值最低的19个年份，全部集中在最近19年内。

另一方面，NSIDC也指出，过去约20年的9月最小值没有统计上显著的下降趋势。这并不意味着海冰减少已经停止，而是说明年际自然变率很大。从长期看，厚而古老的冰（4年以上）比1980年代减少了95%以上，冰本身变得更薄更脆弱。

什么是永久冻土：沉睡在冻土中的大量碳

永久冻土的定义与分布

永久冻土是指连续两年以上温度保持在0℃以下的土壤或岩石。它分布在北半球陆地约四分之一的面积上，遍及西伯利亚、阿拉斯加、加拿大北部和青藏高原等地。表层有夏季融化、冬季再次冻结的“活动层”，其下是冻结层。

巨大的碳库

永久冻土中积累着未经分解就被冻结的枯死植物和动物遗骸。IPCC《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》（SROCC，2019年）评估称，北半球永久冻土储存了约1,460–1,600吉吨（GtC）有机碳，相当于目前大气中碳量（约870 GtC）的近2倍。

冻土融化后，微生物开始分解沉睡的有机物。在有氧条件下主要产生二氧化碳（CO2），在积水缺氧条件下主要产生甲烷（CH4）。也就是说，融化是碳回到大气中的入口。

甲烷释放的机制与“正反馈”

变暖→融化→释放→进一步变暖

永久冻土融化之所以成为问题，是因为它既是变暖的结果，也是变暖的原因。变暖使冻土融化→释放温室气体→变暖加剧→冻土进一步融化。这种结果强化原因的循环称为“正反馈”。

• 缓慢融化：活动层加深，有机物被一点点分解
• 急剧融化（热融喀斯特）：地面塌陷，湖泊和湿地一下子形成，缺氧环境扩大
• 北极火灾：泥炭和有机土壤燃烧，储存的碳被一次性释放

急剧融化的重要性

以往的气候模型假设冻土从表面缓慢融化。但近年研究指出，地面塌陷形成湖泊的“急剧融化”，可能使碳释放量超出预期。在这一过程中，湖底缺氧环境容易产生大量甲烷。

NOAA北极报告卡揭示的变化

NOAA的北极报告卡（Arctic Report Card）在2025年迎来20周年。据报道，近年的报告指出，北极苔原正从“吸收碳的一方”转变为“释放碳的一方”。主要原因是变暖和森林火灾，冻土中储存的碳被介绍为约1.5万亿吨。不过，碳收支因地区和年份差异很大，评估仍存在不确定性。

海底也有冻土：海底永久冻土与甲烷

什么是海底永久冻土

其实永久冻土不仅存在于陆地，也存在于浅海的北极大陆架海底。它是冰期海平面较低时在陆地上冻结的土地，后来因海平面上升而沉入海中。东西伯利亚北极大陆架（ESAS）是其代表，被称为世界上最大的浅海大陆架之一。

专家评估的估算

2020年发表的25位专家的评估认为，海底永久冻土区含有约560 GtC有机碳（90%置信区间170–740），以甲烷形式存在的约为45 GtC（同10–110）。目前海底每年的甲烷释放量以碳计约为1,800万吨（200万–3,400万吨）。

在未来预测中，在变暖最严重的情景（RCP8.5）下，到2100年可能释放约430亿吨CO2当量（同140–1,100亿吨），到2300年约1,900亿吨。在低排放情景（RCP2.6）下，释放量预计减少约三成。

海冰减少对北冰洋生态系统的影响

依赖冰的生物

海冰底面附着着被称为“冰藻”的藻类，是北冰洋食物链的起点。浮游动物、北极鳕、海豹和北极熊依次利用它。冰变薄、融化时间提前后，这种生产的时间节点可能发生错位。

• 北极熊·海豹：狩猎、生产和育幼的立足之处减少
• 海象：休息用的冰减少，有大群聚集到陆地上的报告
• 浮游植物：开阔水面增加使光线射入，春季和秋季的水华发生变化

从南方而来的生物

随着水温上升，更偏南的鱼类和浮游生物正在向北冰洋扩展分布，这被称为“北方化（borealization）”。这种变化会与本地物种产生竞争，同时也作为新的渔业资源可能性受到关注。不过，为避免在渔业管理框架建立前出现过度捕捞，北冰洋中心海域根据国际协定暂时禁止商业捕捞。

北冰洋的变化与日本近海并非毫无关系。关于与海洋热浪和鱼类分布变化的关系，也请参阅海洋热浪的文章。

北极东北航道：开通带来的机遇与风险

利用现状

海冰减少后，连接欧洲与亚洲的北极东北航道（NSR）变得现实起来。据称在条件良好时，与经由苏伊士运河相比可大幅缩短航程。据高北物流中心（CHNL）称，2025年NSR通过航行为103次（88艘），超过前一年的97次，货运量约320万吨。不过，东部海冰形成较早，可航行期间比前一年缩短了约3周。

整个北极地区的船舶也在增加。据北极理事会的PAME称，2025年极地规则海域全年有1,812艘船舶活动，活动集中在海冰最小的8–10月。

风险与课题

• 油污泄漏：低温下难以回收，生态系统恢复也很慢
• 船舶噪音·碰撞：令人担忧对鲸和海豹的影响
• 重油的使用与黑碳：附着在冰雪表面会降低反射率，促进融化
• 救援体制不足：发生事故时救援基地很远

国际海事组织（IMO）于2017年使针对极地水域航行船舶的《极地规则》生效，规定了安全和环境保护标准。日本也通过建造北极研究船等方式，开展观测和国际合作。

北极对日本的意义：对天气、渔业和海运的影响

对天气的影响

研究者正在研究北极变暖是否与西风急流蜿蜒和寒潮的发生有关。但因果关系在研究者之间仍有争论，尚无定论。具体机制请参阅西风急流的文章。

与海平面上升的关系

海冰本来就漂浮在海上，融化后海平面几乎不会上升。对海平面上升起作用的是格陵兰冰盖和陆地冰川的融化，以及海水的热膨胀。IPCC特别报告评估了包括这些在内的综合影响。整体情况可参考IPCC海洋和冰冻圈特别报告的文章。

日本的研究与国际合作

日本以国立极地研究所（NIPR）和JAMSTEC为中心推进北极地区的观测。此外，日本还以观察员国身份参加北极理事会，为科学数据共享和国际规则制定做出贡献。

我们能做什么：减排是最大的对策

不要加强反馈

永久冻土中的甲烷，人类无法直接阻止。但正如前述专家评估所示，在减排取得进展的情景下，未来释放量约少三成。也就是说，减少CO2和甲烷的排放，是削弱冻土反馈最可靠的方法。

• 节能并利用可再生能源以减少CO2
• 减少食物浪费，抑制废弃物产生的甲烷
• 正确了解科学信息并告诉身边的人
• 关注支持海洋与极地研究观测的举措

关于海洋吸收碳的作用，请参阅海洋碳吸收的文章中的解说。