瑞士的突破性研究揭示永凍土層解凍的原因
瑞士科學研究團隊首次精準量化了阿爾卑斯山區永凍土的解凍程度。他們的研究方法有助於科學家理解氣候變遷對山區永凍土的影響，並優化了山崩與岩石崩塌的預測方法。
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2017年8月23日上午9點30分後，瑞士和義大利邊境阿爾卑斯山岑加洛峰(Pizzo Cengalo)發生嚴重土石流。超過300萬立方公尺的岩石混合著水向山谷坍塌，造成8人死亡，山谷下的瑞士邦多村(Bondo)部分被掩埋。
邦多山崩是瑞士一個多世紀以來最嚴重的山崩之一。七年後的今天，司法系統仍在評估當局應該在多大程度上為受害者的遭遇負責。但顯然，人類活動引發的氣候變遷是這場災難的主因。
觀看以下影片，了解瑞士邦多村遭遇土石流後的場景：
瑞士的冰川迅速融化，在短短兩年內體積縮小了10%，這番景象是氣候變遷最直觀的體現。然而，受高溫影響的不僅是冰川。看不見的永久凍土層–溫度持續低於冰點的土壤–也在迅速融化。瑞士近期的熱浪和過去二十年阿爾卑斯山的炎熱夏天正在加速這一現象。
永久凍土覆蓋了地球近四分之一的表面積，包括在海拔2’500公尺以上的阿爾卑斯山脈，約佔瑞士國土面積的5%。由冰、岩石和土壤形成的這層凍土就像一種「膠水」，可以穩固原本不安全的山坡。
當凍土中的冰融化時，像邦多那樣的自然災害風險便會增加。弗里堡大學自然地理學教授克里斯蒂安·豪克(Christian Hauck)說：「因此，能夠測量永久凍土並監測其變化非常重要。」
瑞士在永久凍土研究方面走在世界前列。瑞士於2000年建立了首個國家級監測網絡(PERMOS)，1987年開始在瑞士東部的科爾瓦奇峰(Piz Corvatsch)進行的一系列測量，是世界上持續時間最長的山區永久凍土監測專案.
我們得到了永久凍土的三維影像，彷彿對土壤進行了一次層析掃描。 」
克里斯蒂安‧豪克，弗里堡大學
最近，瑞士的永久凍土測量工作達到了另一個里程碑，因為豪克和他的研究團隊發明了一種新型測量方法來量化土壤中冰含量的損失。這種方法不僅適用於阿爾卑斯山，也適用於北極地區，那裡的永久凍土解凍會向大氣中釋放大量溫室氣體，加速氣候變遷。
測繪土壤圖譜以測量永久凍土中的冰含量
在全球範圍內應用的一種方法中，研究人員在地面鑽探深達100公尺的孔洞，透過測量永久凍土的溫度來研究其演變過程。在瑞士阿爾卑斯山區，有超過20個此類觀測點。這些區域的永久凍土每十年變暖約1°C。然而，鑽孔作業既複雜又昂貴，尤其是在高海拔地區，而且這種方法無法測定冰含量。
另一種技術是在地表放置電極，並在電極之間傳遞電流來測量電阻率(電流遇到的阻力大小)。冰的導電性比水差，地下的冰越多，電阻率越高。
現在，弗里堡大學的研究團隊將電阻率測量法與地震感測器結合使用，向土壤中發送聲波訊號。
克里斯蒂安·豪克解釋說，他們收集的數據與溫度數據結合後，可以測量大面積的永久凍土層，並計算其中的冰含量。「我們得到了永久凍土的3D圖像，彷彿對土壤進行了一次層析掃描。」
夏季高溫對永凍土的影響
在瓦萊州馬特洪峰附近海拔3’410公尺的施托克峰山坡上進行的測量顯示，2015年至2022年期間，該地區的阿爾卑斯山永久凍土含冰量減少了約15%。
豪克解釋說：「這是我們首次量化永久凍土冰含量的損失情況，因此難以判斷這個損失是大是小。」
但夏季高溫顯然會產生負面影響。即使是短時間內的極端高溫也會增加所謂「活動層」的厚度，「活動層」是指夏季解凍、冬季再凍結的永久凍土表層。
熱量隨後向更深處擴散，解凍永久凍土層中的冰。根據最近對歐洲各地收集的數據進行的分析，一個比往年更熱的夏天，例如2022年的夏天，可能足以造成山區永久凍土不可逆的流失。
阿爾卑斯山的永久凍土已至無法復原的境地
一旦夏季融化的冰無法在冬季完全凍結，永久凍土就會步入無法恢復的境地，除非氣候發生顯著變化，否則原本的凍土條件無法恢復。
豪克解釋說，冬季的寒冷已無法深入地下，地下的冰層正以越來越快的速度融化。他認為，在阿爾卑斯山的許多地方，永久凍土已經達到或接近難以恢復的臨界點。
根據地質條件的不同，永久凍土的消失會導致以前不可能發生土石流和落石的地方出現更多的滑坡和落石。落石對登山者和建在永凍土層上的基礎設施(如高山小屋、滑雪纜車和雪崩屏障)構成威脅。
豪克表示，掌握能夠可靠預測永凍土臨界點的測量方法，將有助於提高我們預測自然災害的能力。
瑞士測量系統在北極同樣適用
瑞典於默奧大學生態學與環境科學教授伊爾娃‧斯約伯格(Ylva Sjöberg)說，瑞士開發的方法也可直接用於研究北極地區的永凍土變化。她透過電子郵件寫道，例如，這些方法有助於更好地理解永久凍土解凍引發的突發性塌陷或滑坡，而其他方法很難研究這些問題。
北極的永久凍土解凍會破壞道路、天然氣管道和電網等基礎設施，影響從俄羅斯到加拿大的數百萬人，也可能使困在冰層中的古老微生物重新活躍起來。
最重要的是，永久凍土解凍可能會釋放大量溫室氣體到大氣中，進一步加劇全球暖化。永久凍土解凍和地面塌陷形成的坑洞會積水成湖。這些新形成的湖泊會成為細菌的理想棲息地，這些細菌會降解永久凍土中的有機物，產生二氧化碳和甲烷等溫室氣體。
挪威奧斯陸大學地球科學系系主任貝恩德·埃策爾米勒(Bernd Etzelmüller)表示，理論上講，瑞士發明的測量方法可以識別永久凍土中的大型冰體，並確定可能釋放溫室氣體的地點。他說：「這種方法普適性強，永久凍土的物理演化過程也具有普遍性。」
永久凍土解凍是一個緩慢的過程
儘管在阿爾卑斯山和北極地區進行了研究，但對永久凍土如何與氣候變遷相互作用以及永久凍土融化的後果仍然缺乏研究。
豪克說：「如果永久凍土解凍了會發生什麼？土壤會因為有更多的水而變得更濕潤，還是會因為融化的水被排乾且全球變暖導致水分蒸發而變得更乾燥？ 我們還不太清楚。」
然而，已知的是，永久凍土對氣候變遷的反應比冰川來得慢，因此存續的時間應該更長。豪克說：「150年或200年後，可能還會有一些。」
但同時，永久凍土的緩慢解凍將使更多像邦多村這樣的地方面臨自然災害風險，這使得永久凍土監測在未來幾十年甚至幾百年內都至關重要。
(編輯：Veronica De Vore，編譯自義大利文：瑞士資訊中文部，繁體校對：方常均)
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