20世紀80年代以來，全球山地冰川加速融化，中國山地冰川也正在經歷強烈消融，冰川徑流總體呈現增加趨勢。冰川加速融化是否會促進底部的溫室氣體釋放至大氣，以及冰川退縮後融水系統是否會釋放或吸收溫室氣體？冰川融水橫向遷移過程會對下遊補給區水生生態系碳迴圈帶來怎樣的影響？這些科學問題在中、低緯度山地冰川鮮有報道，需要進行基礎性監測和深入研究。
基於此，中國科學院西北生態環境資源研究院（以下簡稱「西北研究院」）冰凍圈科學與凍土工程重點實驗室杜誌恒副研究員聯合北京師範大學、蘭州大學和中國科學院大學等單位科研人員，選取中國祁連山最大的大陸性冰川——老虎溝12號冰川作為研究物件。首次對中國山地冰川不同消融季節冰川末端冰洞、冰川融水中甲烷和二氧化碳濃度及其同位素等指標開展了原位線上監測。
這份發表於2024年7月的研究結果顯示，冰川末端冰洞記憶體在較高的甲烷累積現象（高達5.7 ppm，比大氣中甲烷濃度高約3倍)，對應於較低的二氧化碳濃度（低至168 ppm，比大氣中二氧化碳濃度低約2.5倍），數據表明冰川消融伴隨著甲烷的排放和二氧化碳的吸收。此外，研究發現，冰川末端融水亦存在甲烷的排放（3.7-108.3μmol m-2 day−1）和二氧化碳（−65.76−-8.32 mmol m−2 day−1）的吸收現象。值得關註的是，冰川融水中甲烷的排放和二氧化碳的吸收隨著融水向下遊遷移，甲烷的排放和二氧化碳的吸收表現出減弱的特點。
同位素研究結果表明，甲烷的生成主要歸於乙酸發酵型，但是熱成因甲烷生成方式並不能排除。本研究強調，山地冰川如同一個個「煙囪」正在向大氣排放甲烷，但是與高緯度極地地區發育的大冰川相比，其濃度和通量大小處於「中等水平」。特別是中低緯度山地冰川退縮區，溫室氣體排放後與大氣中溫室氣體快速混合，如何準確並系統化地監測山地冰川溫室氣體排放量是目前最大的挑戰。
甲烷作為地球的第二大溫室氣體，在全球暖化過程中導致的增溫強度遠高於二氧化碳。該研究成果為更好地認識山地冰川融水區以及下遊河流或溪流溫室氣體排放之間的關系奠定了基礎。研究證實了山地冰川消融過程中伴隨著甲烷的排放和二氧化碳的吸收；未來仍需進一步加強冰川消融與溫室氣體源匯過程研究，特別是隨著冰川不斷加速消融，冰川及融水系統溫室氣體源匯如何變化、未來溫室氣體排放量級等科學問題亟需進一步研究。
該成果以「Characteristics of methane and carbon dioxide in ice caves at a high-mountain glacier of China」為題發表在期刊Science of the Total Environment。西北研究院杜誌恒副研究員為第一作者，北京師範大學王磊博士後為通訊作者。該研究獲國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會專案和冰凍圈科學國家重點實驗室自主專案等聯合資助，以及祁連山冰凍圈與生態環境綜合觀測研究站的支持。
圖1.祁連山老虎溝12號冰川末端冰洞與裸露地貌特征 本文圖均為 中國科學院西北生態環境資源研究院 圖
圖2.不同時期冰洞內甲烷、二氧化碳濃度和其同位素特征
