科學家們正在求助於從空中、陸地和太空收集的數據的組合，以更全面地了解氣候變化如何影響地球的冰凍地區。地球上的永久凍土蘊藏着難以計數的溫室氣體、微生物和化學品，包括現已被禁止的殺蟲劑DDT。隨着地球變暖，永久凍土正在以越來越快的速度解凍，科學家們在試圖確定解凍的潛在影響時面臨著一系列的不確定性。
今年早些時候發表在《自然綜述：地球與環境》雜誌上的一篇論文審視了永久凍土研究的現狀。除了強調有關永久凍土融化的結論外，該論文還重點關注研究人員如何尋求解決圍繞它的問題。
基礎設施已經受到影響。融化的永久凍土已經導致了巨大的天坑、坍塌的電線杆、損壞的道路和跑道以及倒塌的樹木。更難看到的是，在永久凍土層的土壤、冰和死亡的有機物的混合體中，有什麼被困住了。研究表明，像DDT這樣的化學物質和微生物–其中一些已經凍結了數千年，甚至數百萬年–如何從解凍的永久凍土中釋放出來。
然後是融化的永久凍土對地球碳的影響。僅僅是北極的永久凍土就擁有大約17000億噸的碳，包括甲烷和二氧化碳。這大約是2019年世界作為化石燃料排放的碳量的51倍。凍結在永久凍土中的植物物質不會腐爛，但是當永久凍土解凍時，死亡植物材料中的微生物開始分解這些物質，將碳釋放到大氣中。
美國宇航局（NASA）噴氣推進實驗室的氣候研究員、該論文的主要作者Kimberley Miner說：“目前的模型預測，我們將在未來一百年內看到碳從永久凍土釋放到大氣中的脈衝，可能會更早。但是關鍵細節–例如碳釋放的數量、具體來源和持續時間–仍然不清楚。”
最壞的情況是如果所有的二氧化碳和甲烷在很短的時間內被釋放，比如幾年。另一種情況涉及碳的逐步釋放。有了更多的信息，科學家們希望能更好地了解這兩種情況的可能性。
雖然審查文件發現地球的極地地區變暖最快，但對於碳排放的增加如何推動北極地區更乾燥或更潮濕的情況，卻沒有什麼定論。更加確定的是，北極和南極的變化將連帶到低緯度地區。地球的極地地區有助於穩定地球的氣候。它們幫助推動熱量從赤道向高緯度地區轉移，導致大氣環流，為噴氣流和其他水流提供動力。一個更暖和、沒有永久凍土的北極可能對地球的天氣和氣候產生難以言喻的影響。
綜合方法
為了了解解凍的影響，科學家們正越來越多地轉向來自地面、空中和太空的綜合地球觀測–論文中概述的技術。每種方法都有其優點和缺點。
例如，地面測量提供了對局部地區變化的精確監測，而機載和天基測量可以覆蓋廣大地區。地面和機載測量側重於它們被收集的特定時間，而衛星則持續監測地球–儘管它們可能受到諸如雲層、一天中的時間或衛星任務最終結束等因素的限制。
科學家們希望通過使用來自各種平台的測量數據，能夠幫助他們更全面地了解兩極的變化，因為那裡的永久凍土融化得最快。
Miner正在與地面上的同事合作，以描述凍結在永久凍土中的微生物的特徵，而其他人正在使用機載儀器來測量溫室氣體的排放。此外，機載和衛星任務可以幫助確定永久凍土地區的排放熱點。
還有一些正在進行的衛星任務，將以更高的分辨率提供碳排放數據。歐空局（ESA）的哥白尼高光譜成像任務將繪製土地覆蓋的變化，並幫助監測土壤屬性和水質。NASA的地表生物和地質學（SBG）任務也將使用基於衛星的成像光譜學來收集研究領域的數據，包括植物及其健康；與滑坡和火山爆發等事件有關的土地變化；以及冰雪的積累、融化和亮度（這與有多少熱量被反射回太空有關）。
SBG是構成NASA地球系統觀測站的幾個未來地球科學任務中的一個重點領域。這些衛星將共同提供地球的三維整體視圖，從其表面到大氣層。它們將提供包括氣候變化、自然災害、極端風暴、水供應和農業等主題的信息。
“每個人都在以最快的速度了解兩極正在發生的事情，” Miner說。“我們了解得越多，我們就越能為未來做好準備。”