科学家们正在求助于从空中、陆地和太空收集的数据的组合，以更全面地了解气候变化如何影响地球的冰冻地区。地球上的永久冻土蕴藏着难以计数的温室气体、微生物和化学品，包括现已被禁止的杀虫剂DDT。随着地球变暖，永久冻土正在以越来越快的速度解冻，科学家们在试图确定解冻的潜在影响时面临着一系列的不确定性。
今年早些时候发表在《自然综述：地球与环境》杂志上的一篇论文审视了永久冻土研究的现状。除了强调有关永久冻土融化的结论外，该论文还重点关注研究人员如何寻求解决围绕它的问题。
基础设施已经受到影响。融化的永久冻土已经导致了巨大的天坑、坍塌的电线杆、损坏的道路和跑道以及倒塌的树木。更难看到的是，在永久冻土层的土壤、冰和死亡的有机物的混合体中，有什么被困住了。研究表明，像DDT这样的化学物质和微生物--其中一些已经冻结了数千年，甚至数百万年--如何从解冻的永久冻土中释放出来。
然后是融化的永久冻土对地球碳的影响。仅仅是北极的永久冻土就拥有大约17000亿吨的碳，包括甲烷和二氧化碳。这大约是2019年世界作为化石燃料排放的碳量的51倍。冻结在永久冻土中的植物物质不会腐烂，但是当永久冻土解冻时，死亡植物材料中的微生物开始分解这些物质，将碳释放到大气中。
美国宇航局（NASA）喷气推进实验室的气候研究员、该论文的主要作者Kimberley Miner说：“目前的模型预测，我们将在未来一百年内看到碳从永久冻土释放到大气中的脉冲，可能会更早。但是关键细节--例如碳释放的数量、具体来源和持续时间--仍然不清楚。”
最坏的情况是如果所有的二氧化碳和甲烷在很短的时间内被释放，比如几年。另一种情况涉及碳的逐步释放。有了更多的信息，科学家们希望能更好地了解这两种情况的可能性。
虽然审查文件发现地球的极地地区变暖最快，但对于碳排放的增加如何推动北极地区更干燥或更潮湿的情况，却没有什么定论。更加确定的是，北极和南极的变化将连带到低纬度地区。地球的极地地区有助于稳定地球的气候。它们帮助推动热量从赤道向高纬度地区转移，导致大气环流，为喷气流和其他水流提供动力。一个更暖和、没有永久冻土的北极可能对地球的天气和气候产生难以言喻的影响。
综合方法
为了了解解冻的影响，科学家们正越来越多地转向来自地面、空中和太空的综合地球观测--论文中概述的技术。每种方法都有其优点和缺点。
例如，地面测量提供了对局部地区变化的精确监测，而机载和天基测量可以覆盖广大地区。地面和机载测量侧重于它们被收集的特定时间，而卫星则持续监测地球--尽管它们可能受到诸如云层、一天中的时间或卫星任务最终结束等因素的限制。
科学家们希望通过使用来自各种平台的测量数据，能够帮助他们更全面地了解两极的变化，因为那里的永久冻土融化得最快。
Miner正在与地面上的同事合作，以描述冻结在永久冻土中的微生物的特征，而其他人正在使用机载仪器来测量温室气体的排放。此外，机载和卫星任务可以帮助确定永久冻土地区的排放热点。
还有一些正在进行的卫星任务，将以更高的分辨率提供碳排放数据。欧空局（ESA）的哥白尼高光谱成像任务将绘制土地覆盖的变化，并帮助监测土壤属性和水质。NASA的地表生物和地质学（SBG）任务也将使用基于卫星的成像光谱学来收集研究领域的数据，包括植物及其健康；与滑坡和火山爆发等事件有关的土地变化；以及冰雪的积累、融化和亮度（这与有多少热量被反射回太空有关）。
SBG是构成NASA地球系统观测站的几个未来地球科学任务中的一个重点领域。这些卫星将共同提供地球的三维整体视图，从其表面到大气层。它们将提供包括气候变化、自然灾害、极端风暴、水供应和农业等主题的信息。
“每个人都在以最快的速度了解两极正在发生的事情，” Miner说。“我们了解得越多，我们就越能为未来做好准备。”