原文来源：Hatton J E, Stehrer-Polášková A, Píka P A, et al., 2026. Mid-Holocene retreat of the Greenland Ice Sheet indicated by subglacial methane release. Nature Geoscience, 19, 699–705.
https://doi.org/10.1038/s41561-026-01976-5.
研究背景与科学问题
冰川与冰盖底部并非完全“死寂”的生命荒漠。被上覆冰体隔离的冰下软沉积物可形成缺氧环境，促进有机质降解并产生CH4。已有研究在格陵兰冰盖西南局部区域观测到持续的冰下CH4输出，但关于CH4的碳源、主要产甲烷途径、沿冰缘分布范围以及其可持续性仍缺乏系统认知。若冰下有机质形成于冰盖退缩、植被暴露的间冰期，并随后被冰进覆盖，则其产生的CH4的放射性碳同位素（14C）年龄可约束有机质形成和冰缘再覆盖的时间，为重建冰盖历史波动及评估其气候敏感性提供年代学约束。
科学内涵
为揭示格陵兰冰盖西缘冰下CH4的来源、年龄结构及空间分布规律，并评估其潜在释放风险，研究团队于2021-2023年连续三个消融季沿西缘Qaanaaq至Narsarsuaq约2000 km南北剖面开展系统采样，覆盖西北部、中西部、西南部三个区域的26条融水河流。采样点尽可能靠近冰下融水出口，以最大限度降低CH4逸散和地表融水稀释的影响。通过原位溶解CH4浓度测定、稳定同位素（δ13C-CH4、δ2H-CH4）溯源和放射性碳同位素（14C-CH4）定年，结合产甲烷古菌与甲烷氧化菌群落特征，解析冰下生物成因CH4的来源及碳循环过程。在此基础上，结合气候模型模拟的流域径流数据，将点位观测扩展至区域和全冰盖尺度，估算冰下CH4横向输运通量，并利用反应连续体模型模拟冰下有机质降解动力学，预测未来200年CH4释放趋势。
核心发现
1）冰下CH4横向输运沿格陵兰冰盖西缘广泛存在，主要受微生物过程控制
在26条融水河流中，所有冰下融水样品均表现出CH4过饱和状态（> 4.9 nM，最高达56,000 nM），表明冰下CH4产生及其随融水横向输运广泛存在于格陵兰冰盖西缘。稳定同位素示踪表明，CH4以微生物成因为主，其中乙酸发酵型产甲烷是主要途径，并可能伴随一定比例的氢营养型产甲烷贡献（图1）。微生物群落分析进一步表明，产甲烷古菌相对丰度较低（0.01-0.15%），而甲基营养型甲烷氧化菌在高CH4浓度样品中显著富集（占25-75%），且其相对丰度与溶解CH4浓度呈显著正相关（r = 0.82, p < 0.001）。该结果表明，CH4主要形成于亚冰川沉积环境，并在融水迁移过程中经历显著氧化损失，因此现有通量估算可能低估了冰下CH4的实际产生规模。
图1 溶解态CH4的C-H稳定同位素组成。来自格陵兰岛西北部（三角）、中西部（方块）和西南部（圆）三个扇区冰川前缘融水河流。2）14C年龄揭示冰下CH4源自全新世的老碳
对西北部和西南部溶解态CH4的14C测年结果显示，其校正年龄分别为2.5-3.6 cal ka BP和1.4-4.2 cal ka BP（图2）。结合现代大气CH4混入的校正，研究进一步约束产CH4有机质的年龄范围为1.5-4.4 ka BP。该年龄范围与已有冰缘最小范围及晚全新世冰进年代重建结果一致，表明格陵兰冰盖西缘在全新世大暖期及其后期曾退缩至现代冰缘以内，使植被和土壤有机质得以在近冰缘区域积累；随后随着晚全新世冰盖扩张，这些有机质被重新覆盖并作为底物驱动冰下产甲烷过程，产生的CH4则通过现代融水系统向冰缘外输送。这一“冰下时钟”首次从生物地球化学角度，为中全新世格陵兰冰盖规模小于现代范围提供了独立年代学证据。
图2 冰下溶解CH4的14C年龄在格陵兰冰盖的空间分布。a，b：西北（a）和西南（b）区域定年样品位置（黄色方块）及流域范围（蓝色阴影）。深灰和浅灰条带分别表示经大气CH4混入校正和未校正的CH4年龄范围；绿色条带表示两区域全新世冰盖最小范围的推定时期。3）冰盖陆地终止区对温和气候强迫具有动态敏感性
14C年龄记录表明，格陵兰冰盖西北和西南区在1.5-5 ka BP期间曾退缩至现代冰缘以内，随后在晚全新世相对温和的气候冷却背景下发生快速、大幅度冰进（图3）。这表明，格陵兰冰盖陆地终止区并非传统认识中的动力学迟钝区域，而能够对渐进式气候变化产生迅速且显著的响应。由于这种高敏感性尚未被现有气候-冰盖耦合模型充分认识和有效表征，未来格陵兰冰盖对气候变暖的响应及其潜在海平面贡献可能仍被低估。
图3 冰盖边缘波动控制冰下CH4产生与全新世CH4循环的概念模型。a-d：全新世大暖期冰盖退缩、植被积累（a），晚全新世冰进重新覆盖并封存这些有机质（b,c），为冰下产甲烷提供底物；生成的CH4随冰下水文系统向冰缘输运，部分释放至大气，部分经厌氧甲烷氧化消耗（d）。4）冰川CH4现代横向输出通量及未来释放潜力
基于流量加权平均与径流模拟，研究估算格陵兰冰盖西缘陆地终止区CH4横向输出通量为715（481-1020）t yr-1，外推至陵兰冰盖整个陆地终止区达1370（918-2110）t yr-1；若考虑海洋终止区，总输出通量可达2520（1628-4015）t yr-1。该通量与北纬60°以北河流CH4通量（509-3586 t yr-1）相当。
基于Leverett冰川（SW6）的反应连续体模型模拟表明，当前观测的溶解CH4浓度可在未来200年内持续维持，对应陵兰冰盖西缘累积释放达77000（54000-104000）t，整个陵兰冰盖陆地终止区约为150000（94000-225000）t。随着未来融水径流逐渐向冰盖内部扩展，更深层、更古老的有机碳库可能被进一步激活，从而增强冰下CH4释放潜势。
图4 反应连续体模型预测未来200年Leverett冰川冰下CH4横向输出潜力。圆圈大小表示产甲烷活跃沉积区的面积，颜色表示沉积物埋藏深度；粉色横带表示2019年观测到的CH4输出通量。模型结果表明，在不同参数组合情景下，未来200年冰下CH4输出仍可维持接近当前观测水平。启示1：拓展冰冻圈地质微生物研究方向，揭示冰盖演化与微生物地球化学过程的耦合机制。冰下溶解CH4的14C定年技术为重建冰盖历史提供了新的证据，突破了传统依赖地貌和冰芯记录约束冰盖变化的局限。研究表明，陆地终止区并非气候响应中的“惰性区域”，其冰下微生物同样具有快速响应气候变化的潜力。该认识启示可拓展冰冻圈地质微生物研究方向，将冰下微生物过程、古环境演变与冰盖动力学相结合，揭示极端环境下微生物对全球气候的响应与反馈，为评估未来冰冻圈变化提供新视角。
启示2：发展冰下CH4循环研究，构建“微生物-温室气体-气候反馈”的耦合模型。冰下老碳可作为CH4产生的底物，而CH4释放强度受微生物产甲烷与氧化过程共同调控。这表明冰盖环境具有活跃的CH4生物地球化学循环过程。未来可围绕冰冻圈及极端环境中的微生物CH4循环，结合地质-地球化学记录和地球系统模型，建立冰下CH4产生-迁移-氧化-释放全过程解析技术体系，实现从现代过程观测到地质历史重建的跨尺度研究。
——解读人：孙福宁、张嘉杰
——责任编辑：王灿发
