华盛顿大学研究人员领导北极湖泊甲烷循环变化的研究

在全球变暖的背景下，预测北极湖泊的甲烷循环变化受到全球关注。然而，限制湖泊甲烷动态随过去变暖的记录很少。

怀俄明大学的一位研究人员通过展示中链蜡(源自水生植物的分子化石)的氢同位素组成，揭示了这个问题的一些新线索，揭示了全新世中期过去的变暖导致格陵兰岛湖泊中甲烷循环的扩大。冰河时代之后的全新世早期至中期，距今11,700至4,200年。

“这项工作很有趣，因为它表明过去持续的气候变暖(即全新世早中期)导致北极湖泊中甲烷循环的增加，”威斯康星大学地质系助理教授杰米·麦克法林(Jamie McFarlin)说和地球物理学。“我们在这些地质记录中观察到，湖泊甲烷循环增加的条件需要一段时间才能形成。但是，一旦形成，我们研究中的湖泊就会在数千年的时间里维持强化的甲烷循环，直到全新世晚期冷却开始。这支持了一些北极湖泊气候对湖泊甲烷循环的依赖。”

麦克法兰是一篇题为“格陵兰湖中水生植物蜡氢和碳同位素记录了过去全新世变暖期间甲烷循环变化”的论文的主要作者，该论文今天(周五)发表在《科学进展》上。Science Advances 是科学促进会的开放获取、多学科期刊，在任何科学领域(特定学科领域和广泛的跨学科领域)发表有影响力的研究论文和评论。

湖泊是强效温室气体甲烷的重要天然来源。研究表明，北极和北方地区的变暖速度比地球上任何地区都快，并且拥有世界上最高的湖泊密度。

该研究小组从一个新的角度记录了地质档案(湖泊沉积物核心)中的甲烷循环：水生植物蜡的 氢同位素组成。 这种方法扩展了重要地质工具的框架——植物蜡作为古环境代理。

根据这项研究，这项工作引起了人们对常见水生棕色苔藓作为整个北极湖泊甲烷潜在重要汇的未量化作用的关注。

“在这项工作之前，这些化合物的氢同位素组成大多被解释为降水的代表，”麦克法林解释道。“这提供了一个新的机会，可以进一步探索和了解过去在地质时间尺度上发展的湖泊甲烷循环的动态。”

该小组假设，随着北极许多湖泊持续的现代变暖，类似于全新世早中期的湖泊动态可能会发展，可能导致目前尚未完全解释的湖泊甲烷排放量增加。

进入大气中的甲烷的额外潜在通量可能会影响全球能源预算。然而，研究小组发现，这些湖泊中产生的早中期全新世甲烷在排放到大气中之前被湖中的细菌和水生植物吸收。麦克法林说，这项研究提供了甲烷融入水生苔藓中链植物蜡的证据。

“因此，目前尚不清楚现代变暖驱动的湖泊甲烷循环增加是否会像我们在全新世中早中期记录的那样，出现大量新的大气甲烷通量，或者湖泊宏观和微生物组(细菌和水生生物)是否会出现新的大气甲烷通量?例如，在这些通量被排放到大气中之前，植物将起到减轻部分或大部分通量的作用，”她说。“换句话来说，目前还不清楚在像我们研究的北极湖泊中产生的所有甲烷的命运将会如何。我们不知道甲烷是否大部分排放到大气中，或者是否有大量甲烷在排放前被湖中的生物圈吸收。这是了解北极湖泊碳循环的一个非常令人兴奋的新研究途径。”

该研究使用了 McFarlin 和她的合著者在 2014 年至 2021 年间制作的数据，重要的是，还重新解释了已发表文献中的数据。麦克法兰参与的实地考察大部分是在 2014 年夏季在格陵兰岛西北部进行的。该研究重点关注四个湖泊：Wax Lips Lake、Trifna Sø、N3 湖和 Pluto 湖。

这项研究是在麦克法兰攻读博士学位时开始的。在西北大学;在科罗拉多大学博尔德分校继续进行博士后工作;并在她来到华盛顿大学担任助理教授后完成。

这项研究是与西北大学的同事、威廉·迪林地质科学教授亚罗·阿克斯福德 (Yarrow Axford) 共同进行的。安德鲁·马斯特森 (Andrew Masterson)，当时是高级研究员，但现在是地质调查局的研究科学家;埃弗雷特·拉舍尔(Everett Lasher)博士 研究期间是西北大学的学生，但现在是地质调查局的物理科学家;西北大学地球与行星科学系副教授兼课程主席玛格达莱娜·奥斯本(Magdalena Osburn)。加拿大魁北克省里穆斯基魁北克大学化学海洋学教授斯蒂芬妮·库什也参与了这项研究。

“北极有大片地区被湖泊覆盖。并非每个湖泊都有能够记录甲烷动态的苔藓，但我们的研究还强调，这些大片的北极湖泊很容易受到气候驱动的甲烷循环变化的影响，无论苔藓是否在现场见证这些变化，”阿克斯福德说。“这是北极快速变暖影响全球气候的另一种方式。”

“这些数据显示，在过去的温暖时期，甲烷循环的周期有所增加，”奥斯本补充道。“生活在一个变暖的星球上，我们可以通过过去的这些迹象来帮助预测我们的未来。我们怀疑这个过程在这些湖泊的未来将变得越来越重要。”

该研究得到了国家科学基金会(NSF)极地项目办公室的支持;国家科学基金会研究生研究奖学金;西北大学 Paula M. Trienens 可持续发展与能源研究所;和地质学会研究生研究奖。