北極的凍土地層中含有龐大的有機碳儲量。隨著永久凍土融化和海岸線侵蝕，部分碳被帶入海洋。在海洋中，微生物會分解這些碳並釋放溫室氣體，進而促進氣候變遷。

直到目前為止，科學家對於有多少碳會重新回到大氣中，以及有多少碳會被困在海洋中，仍知之甚少。來自阿爾弗雷德·韋格納研究所與不來梅大學海洋環境科學中心（MARUM）的研究團隊，針對加拿大Qikiqtaruk（赫歇爾島）永久凍土海岸進行了相關研究。

透過分析沉積物岩心，團隊發現大量來自陸地的碳被保存於海床中。他們還發現，海洋微生物像是挑食者，偏好分解來自海洋的新鮮碳，而非來自永久凍土的古老碳。這些發現發表於《自然地球科學》期刊。

龐大的碳儲量開始融解

北極陸地的永久凍土生態系統中約含有1,300億噸有機碳，其中多數來自植物殘骸。海洋沉積物和河流三角洲中則儲存約400億噸碳。

隨著地球暖化，北極的升溫速度比其他地區更快。這種快速升溫導致凍土地層融化及海岸線崩解，先前鎖定於土壤中的碳因此透過河流和海岸侵蝕進入北極海。

「因此，每年約有0.02億噸碳流入海洋，且預測到2100年這一流量可能增加70%至150%，」阿爾弗雷德·韋格納研究所極地與海洋研究中心（AWI）研究主導Manuel Ruben博士表示。「然而，究竟有多少碳以溫室氣體形式重新釋放到大氣中，有多少被儲存在海床，迄今仍不清楚。」

釐清這一不確定性十分重要，因為科學家需要了解碳的最終去向，以評估永久凍土融化對氣候的影響。

沉積物岩心揭示碳的去向

為了調查，研究人員從赫歇爾島海岸附近多個地點採集沉積物岩心，這些岩心包含約50年來的沉積層。

結果顯示，只有相對少量的碳進入海洋的活性碳循環。

「儘管這裡的海洋攜帶大量有機碳從海岸流入，但令人驚訝的是，只有少部分碳進入海洋活性碳循環，」Manuel Ruben說。「微生物將約10%的沉積物有機碳轉化為氣體，這些氣體會上升至水中，進而可能進入大氣。」

其餘大部分碳則被埋藏於海床中。

化學線索追蹤微生物活動

科學家分析了沉積物岩心的組成，並測量永久凍土物質在海底的累積速度。

他們還研究了沉積物顆粒間隙中的溶解無機碳（孔隙水），這些數據揭示微生物消耗有機物後釋放的二氧化碳量。

孔隙水的同位素組成幫助團隊判斷這些物質的來源。

「碳同位素是我們的原子指標，可以辨識微生物的食物來源，」AWI地球化學家、卓越集群「海洋底層－地球未探索介面」共同發言人Gesine Mollenhauer教授說。「例如13C同位素告訴我們微生物消耗的是陸地碳還是海洋碳。透過14C同位素，我們能判斷單細胞生物偏好古老的永久凍土碳，還是較新鮮的藻類有機碳。」

「挑食」細菌偏好新鮮碳

結果顯示，沉積物中的生物對不同類型的碳興趣不一。

「沉積物中存在『挑食』細菌，顯然偏好較新鮮的碳，例如較近期的藻類殘骸，而非來自永久凍土的『老』碳，」Gesine Mollenhauer解釋。

由於微生物偏好新鮮海洋物質，來自融化永久凍土的古老碳對大氣溫室氣體的貢獻可能比科學家先前擔心的要少。

不過，研究人員提醒，整體情況尚未完全明朗。

「我們仍需進一步研究，因為部分永久凍土有機碳可能在抵達海床前已被分解。」

海岸碳流動可能重塑北極生態系

碳從陸地流入海洋不僅影響溫室氣體排放，也可能改變支持當地社區食物資源的沿海水域化學與生物環境。

海岸侵蝕釋放的沉積物會減少水中光線穿透，剛侵蝕的碎屑使沿海海水變得混濁，溶解有機碳則會使水色變暗。

光線減少會影響需要陽光進行光合作用以產生生物質和氧氣的單細胞生物如藻類。這種初級生產支持包括魚類、甲殼類和海豹在內的更廣泛食物網。

研究團隊計劃於2027年進行國際「北極脈動」科學考察，透過極地破冰船Polarstern、AWI研究飛機及陸地站點協同觀測，深入了解快速環境變化如何改變北極生態系統。

「我們的研究比以往更精確地顯示了有多少碳安全地儲存在海床，以及分解物中有多少來自古老的永久凍土，」Manuel Ruben說。「這為氣候模型提供了重要基礎，有助於預測永久凍土融化對全球氣候的影響。」