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格陵兰岛的融化导致冰原床上的甲烷不断输出gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

冰盖目前在全球甲烷预算中被忽视gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba.虽然有人提出冰原含有大量的甲烷储备,如果在冰快速退缩期间释放出来,可能会导致大气中甲烷浓度的上升gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba在美国,目前还没有关于冰原甲烷足迹的数据。在这里,我们发现冰川下产生的甲烷被格陵兰冰盖的冰下集水区的高效排水系统迅速推向冰边缘。我们报告了持续输出的甲烷过饱和水(CHgydF4y2Ba4 (aq)gydF4y2Ba)从冰原床在融化季节。高CH脉冲gydF4y2Ba4 (aq)gydF4y2Ba浓度与冰川上强迫的冰下冲刷事件相吻合,证实了冰下源的存在,突出了熔体对甲烷输出的影响。融化季节持续的甲烷通量表明,冰下甲烷储量超过甲烷出口,估计为6.3吨(排放加权平均值;范围为2.4至11公吨)gydF4y2Ba4 (aq)gydF4y2Ba从冰原床横向移动。稳定同位素分析揭示了甲烷的微生物来源,可能是埋在冰下的无机碳和古老有机碳的混合物。我们表明,冰下水文对于控制来自冰盖的甲烷通量至关重要,有效的排水限制了甲烷氧化的程度gydF4y2Ba5gydF4y2Ba到约17%的甲烷出口。一旦径流到达冰缘,大气逃逸是主要的甲烷汇,估计扩散通量(4.4至28毫摩尔CHgydF4y2Ba4gydF4y2Ba(每天每平方米)与世界主要河流的水量相当gydF4y2Ba6gydF4y2Ba.总的来说,我们的研究结果表明,冰盖覆盖着广泛的、具有生物活性的产甲烷湿地,并且通过有效的冰下排水途径可以向大气中输出大量甲烷。我们的研究结果表明,这样的环境以前被低估了,应该在地球的甲烷预算中考虑到。gydF4y2Ba

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图1:LG原冰川河地球化学时间序列。gydF4y2Ba
图2:LG CH累计横向出口gydF4y2Ba4 (aq)gydF4y2Ba在2015年的融化季节。gydF4y2Ba
图3 CH的箱形图gydF4y2Ba4 (aq)gydF4y2BaLG和世界其他主要河流系统的浓度和扩散通量。gydF4y2Ba
图4 LG CH的碳氢同位素图gydF4y2Ba4 (aq)gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

本文中使用的数据可根据要求从通讯作者处获得。16S rRNA基因序列数据可从NCBI sequence Read Archive (gydF4y2Bahttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/sragydF4y2Ba)下的BioProject PRJNA495593 (biossamples SAMN10228172-SAMN10228185;SAMN10228190 - SAMN10228206)。gydF4y2Ba

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下载参考gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

我们感谢所有在LG协助现场工作的人,特别是J. Hatton,以及布里斯托尔大学LOWTEX实验室的F. sguridis和J. Williams。这项研究是英国NERC资助的DELVE项目的一部分(NERC资助NE/I008845/1给J.L.W.)。G.L.-G。由布里斯托大学奖学金计划和FRQNT奖学金(编号185136)资助。这项工作还得到了Leverhulme研究奖学金j.l.w.的支持,英国NERC资助(NE/J02399X/1)给A.M.A.的DNA分析,以及捷克科学基金会资助(GACR;15-17346Y和18-12630S)对M.S.的同位素分析由多伦多大学的G. lacramp - couloume进行,加拿大自然科学与工程研究委员会(NSERC)向B.S.L.提供了支持。我们还感谢Kangerlussuaq国际科学站,特别是R. M. ller在现场后勤方面的支持,以及m.a. Cooper、m.m Macdonald和S. Hoffer的意见。gydF4y2Ba

审核人信息gydF4y2Ba

自然gydF4y2Ba感谢J. Crawford和其他匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。gydF4y2Ba

作者信息gydF4y2Ba

作者及隶属关系gydF4y2Ba

作者gydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

J.L.W.和g.l.g。设计研究。b.s.l监督了稳定同位素分析。S.A.进行了反应-运输水合物模型计算。P.F.协助了对CONTROS HydroC CH的解释和分析gydF4y2Ba4gydF4y2Ba生的结果。G.L.-G。,J.T., E.A.B., A.D.B., M.C.M. and J.R.H. conducted field logistical preparations. J.L.W., J.T. and M.S. led the 2015 Greenland field campaign. G.L.-G., A.D.B., A.J.T., J.T., E.A.B., J.R.H., T.J.K., J.D.Z. and M.S. collected the sensor field data. G.L.-G. and J.D.Z. collected manual water samples in the field. G.L.-G. and A.M.A. analysed molecular data. G.L.-G. performed the data analysis and wrote the manuscript with significant contribution from all co-authors.

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2BaGuillaume Lamarche-GagnongydF4y2Ba.gydF4y2Ba

道德声明gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

P.F.为传感器制造商康士伯海事控制公司工作,但这里讨论的传感器数据是通过独立测量验证的。其他作者宣称没有利益竞争。gydF4y2Ba

额外的信息gydF4y2Ba

出版商的注意:gydF4y2Ba施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。gydF4y2Ba

扩展的数据图形和表格gydF4y2Ba

扩展数据图1莱弗里特冰川和原冰流。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba莱弗里特冰川(LG),有集水区边界gydF4y2Ba38gydF4y2Ba轮廓为灰色;“SFJ”表示康克鲁斯瓦格机场。gydF4y2BabgydF4y2Ba,放大后的LG图像,用圆点标记采样点和入口。gydF4y2BacgydF4y2Ba,早期融化季节的传感器部署现场,LG在背景中可见;图像面向上游。gydF4y2BadgydF4y2Ba, 6月下旬传感器部署现场;图像面向下游。在检查期间和重新部署之前,还可以看到钢笼内的液力传感器。gydF4y2BaegydF4y2Ba在5月下旬,LG门户仍然覆盖着冰川和河冰。这张照片是在冰川上升流出现前一小时拍摄的(见补充资料)gydF4y2Ba2 bgydF4y2Ba).箭头标记链锯孔的位置,如插图所示(摄于2015年5月10日)。gydF4y2BafgydF4y2Ba2015年7月中旬,LG门户网站。来自美国地质调查局/美国宇航局陆地卫星的地图图像。gydF4y2Ba

扩展数据图2 CHgydF4y2Ba4 (aq)gydF4y2Ba浓度测量与水传感器和手工样品。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba, CHgydF4y2Ba4 (aq)gydF4y2Ba时间序列。红点对应液压泵运行时的功率。连续线表示水力测量值,虚线部分对应传感器经历泵功率低,从而泵引起的水流量减少的时间(6月19日至7月1日)。开圈对应手动采样。CH周围的灰色阴影区域gydF4y2Ba4 (aq)gydF4y2Ba时间序列对应于HydroC测量的不确定度(约3%)。由误差条表示的手动测量的不确定度反映了瓶内压力和体积的误差(119±0.76 ml,其中不确定度表示标准偏差;内部压力由体积推导出来gydF4y2Ba方法gydF4y2Ba详情)。gydF4y2BabgydF4y2Ba, HydroC与人工样品测量之间的回归图。回归仅考虑液力泵功率高于约7w期间的人工样本(黑圈,黑线);灰色圆圈对应的是在泵功率较低时采集的样本。水平误差条反映人工测量的误差;垂直误差条小于标记的大小。橙色虚线描述了传感器和手动测量之间的假设1:1关系。gydF4y2Ba

源数据gydF4y2Ba

图3 δ的组合图gydF4y2Ba13gydF4y2BaC-COgydF4y2Ba2gydF4y2Ba和δgydF4y2Ba13gydF4y2BaC-CHgydF4y2Ba4gydF4y2BaLG的决选。gydF4y2Ba

点表示δgydF4y2Ba13gydF4y2BaC公司gydF4y2Ba2gydF4y2BachgydF4y2Ba4gydF4y2BaLG手工样品的数值。根据文献,导出了甲烷生成和微生物氧化分类带。gydF4y2Ba25gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

源数据gydF4y2Ba

图4与产甲烷支和产甲烷支相关的LG 16S rRNA基因序列。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba,与细菌产甲烷菌(OTU00009)和古菌产甲烷菌相关的主要操作分类单位的相对丰度。方框中线代表中位数;IQR由下方框和上方框边界表示,分别表示第25和第75百分位;胡须表示1.5倍IQR的置信区间,点是异常值。gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba,与甲烷养菌相关的16S rRNA序列的极大似然树,以的序列为根gydF4y2Bafrigoriphilum梭状芽胞杆菌gydF4y2Ba(gydF4y2BabgydF4y2Ba的序列为根的产甲烷菌gydF4y2BaAcidibilus sulfurireducensgydF4y2Ba而且gydF4y2BaCaldisphaera天龙星座的gydF4y2Ba(gydF4y2BacgydF4y2Ba).gydF4y2Ba

图5冰下甲烷生成速率与沉积物厚度及观测年CH的关系gydF4y2Ba4gydF4y2BaLG的通量。gydF4y2Ba

每个面板对应不同的年横向CHgydF4y2Ba4 (aq)gydF4y2Ba2015年测量的通量估计值(见图;gydF4y2Ba2gydF4y2Ba).每种线类型对应不同汇水区域条件下所需的沉积物厚度:冰下汇水的100%(实线)、50%(长虚线)或10%(短虚线)对观测到的CH有贡献gydF4y2Ba4gydF4y2Ba通量。一条线上的任何一点都对应于生成观测到的侧向CH所需的甲烷生成速率和冰下沉积物厚度gydF4y2Ba4gydF4y2Ba通量。每条线上的四个点对应于从不同的冰下栖息地记录的已知产甲烷率gydF4y2Ba17gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

源数据gydF4y2Ba

扩展数据图6冰下甲烷水合物形成所需的模型条件概要。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BadgydF4y2Ba,固定产甲烷深度(100 m)但不同产甲烷速率(gydF4y2BaRgydF4y2Ba2gydF4y2Ba来gydF4y2BaRgydF4y2Ba10gydF4y2Ba;也就是2 × 10gydF4y2Ba−15gydF4y2Ba到10 × 10gydF4y2Ba−15gydF4y2Ba克CHgydF4y2Ba4gydF4y2Ba每秒每克沉积物)。gydF4y2BaegydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BahgydF4y2Ba,在固定产甲烷速率(5 × 10gydF4y2Ba−15gydF4y2Ba克CHgydF4y2Ba4gydF4y2Ba每克沉积物每秒),但产甲烷深度不同(20-100米)。gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BaegydF4y2Ba,gydF4y2BafgydF4y2Ba、甲烷溶解度、溶解甲烷和甲烷水合物垂直剖面;甲烷浓度归一化至平衡浓度。gydF4y2BacgydF4y2Ba,gydF4y2BaggydF4y2Ba,模拟条件下甲烷水合物形成所需时间。gydF4y2BadgydF4y2Ba,gydF4y2BahgydF4y2Ba,扩散CHgydF4y2Ba4gydF4y2Ba假设甲烷水合物的三个不同集水区覆盖面积(即LG集水区的10%、50%和100%),与三种横向通量情景(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BadgydF4y2Ba;无花果。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba);参见补充资料gydF4y2Ba2 fgydF4y2Ba.gydF4y2Ba

扩展数据图7 LG原冰川河地球化学测量的扩展时间序列。gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BadgydF4y2Ba, EC、pH和SSC时间序列包括图中所示的时间序列。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba但是扩展到甲烷记录前后的测量。值得注意的是,CHgydF4y2Ba4 (aq)gydF4y2Ba数据gydF4y2BacgydF4y2Ba为HydroC分压(以微大气为单位)的测量值。左右垂直轴分别对应黑色和橙色数据集。gydF4y2Ba

源数据gydF4y2Ba

扩展数据表1gydF4y2Ba4 (aq)gydF4y2Ba来自LG、GrIS等世界河流的浓度、通量和面积产量gydF4y2Ba
表2 CH稳定同位素详细资料gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba
表3一维水合物模型中应用的特定场地参数gydF4y2Ba

补充信息gydF4y2Ba

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拉马奇-加格农,G.,瓦德汉姆,j.l.,舍伍德·罗拉,B.。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba格陵兰岛的融化导致冰原床上的甲烷不断输出。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba565gydF4y2Ba, 73-77(2019)。https://doi.org/10.1038/s41586-018-0800-0gydF4y2Ba

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