20世纪80年代以来，全球山地冰川加速融化，我国山地冰川也正在经历强烈消融，冰川径流总体呈现增加趋势。
冰川加速融化是否会促进底部的温室气体释放至大气，以及冰川退缩后融水系统是否会释放或吸收温室气体？冰川融水横向迁移过程会对下游补给区水生生态系统碳循环带来怎样的影响？这些科学问题在中、低纬度山地冰川鲜有报道，需要进行基础性监测和深入研究。
中国科学院西北生态环境资源研究院（以下简称“西北研究院”）冰冻圈科学与冻土工程重点实验室杜志恒副研究员联合北京师范大学、兰州大学和中国科学院大学等单位科研人员，选取我国祁连山最大的大陆性冰川——老虎沟12号冰川作为研究对象。首次对我国山地冰川不同消融季节冰川末端冰洞、冰川融水中甲烷和二氧化碳浓度及其同位素等指标开展了原位在线监测。
研究结果显示，冰川末端冰洞内存在较高的甲烷累积现象（高达5.7 ppm，比大气中甲烷浓度高约3倍)，对应于较低的二氧化碳浓度（低至168 ppm，比大气中二氧化碳浓度低约2.5倍），数据表明冰川消融伴随着甲烷的排放和二氧化碳的吸收。此外，研究发现，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）的吸收现象。值得关注的是，冰川融水中甲烷的排放和二氧化碳的吸收随着融水向下游迁移，甲烷的排放和二氧化碳的吸收表现出减弱的特点。
同位素研究结果表明，甲烷的生成主要归于乙酸发酵型，但是热成因甲烷生成方式并不能排除。本研究强调，山地冰川如同一个个“烟囱”正在向大气排放甲烷，但是与高纬度极地地区发育的大冰川相比，其浓度和通量大小处于“中等水平”。特别是中低纬度山地冰川退缩区，温室气体排放后与大气中温室气体快速混合，如何准确并系统化地监测山地冰川温室气体排放量是目前最大的挑战。
甲烷作为地球的第二大温室气体，在全球变暖过程中导致的增温强度远高于二氧化碳。该研究成果为更好地认识山地冰川融水区以及下游河流或溪流温室气体排放之间的关系奠定了基础。研究证实了山地冰川消融过程中伴随着甲烷的排放和二氧化碳的吸收；未来仍需进一步加强冰川消融与温室气体源汇过程研究，特别是随着冰川不断加速消融，冰川及融水系统温室气体源汇如何变化、未来温室气体排放量级等科学问题亟需进一步研究。
这份研究报告发表于2024年7月，该成果以“Characteristics of methane and carbon dioxide in ice caves at a high-mountain glacier of China”为题发表在期刊Science of the Total Environment。西北研究院杜志恒副研究员为第一作者，北京师范大学王磊博士后为通讯作者。该研究获国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会项目和冰冻圈科学国家重点实验室自主项目等联合资助，以及祁连山冰冻圈与生态环境综合观测研究站的支持。
图2.不同时期冰洞内甲烷、二氧化碳浓度和其同位素特征
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