北極圏メタンガス放散
原因と地球温暖化悪化に及ぼす度合い > 永久凍土の解凍

→「メタンハイドレート § 地球温暖化」、「en: Arctic methane release」、および「en: Clathrate gun effect」も参照
北極地域における地球温暖化は、既存のメタンクラスレート貯蔵からのメタン放出と、バイオマスの発酵によるメタン生成を加速させる。　水分が多いところではバイオマスが空気に晒されないためより低酸素すなわち嫌気的環境となる。バイオマスからのメタン生成には嫌気的環境が必要なため、古い埋蔵炭素からのメタン発生を遅くする。実際、2015年の研究によると、解凍され湿潤な嫌気的永久凍土地域からの累積メタン排出量は、好気的地域からの累積排出量の75-85％低かったと推定され、メタン排出はそれぞれの地域での二酸化炭素排出量の3-7％であった。これらは100年間を基準とした際の二酸化炭素排出の潜在的な気候への影響の25-45％を占め、好気的な永久凍土地域の解凍が全体としてはより大きな温暖化の影響を持つと結論づけられた。　しかしながら、2018年の別の研究では7年間の培養実験を行い、メタン生成微生物群集は嫌気的条件下で確立されると、好気性条件下でよりも多くの二酸化炭素当量を生成するようになった。したがって嫌気的永久凍土地域の解凍が全体的な温暖化に及ぼす影響は、以前まで考えられていたよりも大きいと結論された。
メタン生成経路は嫌気的環境を必要とすることと、北極圏の湖などでしばしば観察されるメタンの気泡の出現とは関連している。 氷が豊富な永久凍土の解凍によりできた湖（サーモカルスト湖）の堆積物で生成されたメタンのすべてが大気中に放散するわけではなく、水中または堆積物中で酸化される可能性もある。 しかし2022年の観測結果によれば、サーモカルスト湖内で生成されたメタンの少なくとも半分は大気中に放散している。 しばしば大量のメタン放散をもたらす別のプロセスは、永久凍土で安定化された斜面の浸食と崩壊である。 2つの引き続くプロセス、すなわち斜面の崩壊（リトログレッシブ・ソー・スランプまたはRTS）とサーモカルスト湖の形成は、総じて急激な解凍によるもので、これらにより数日間のうちに大量の土壌が微生物呼吸にさらされる。これは、ほとんどの永久凍土環境で支配的な、かつて凍結していた土壌がセンチメートル単位で徐々に解凍されるのとは対照的である。この急速さは、"中間"シナリオの代表的濃度経路（RCP）4.5では70年以上は解凍から免れるとされていた3箇所の永久凍土が2019年に急激に解凍されたことで明白になった。 2020年のシベリアの熱波の影響でさらに別の解凍も発生、北部のタイミル半島全体でRTSが82箇所から1404箇所と実に17倍も増加し、その結果土壌炭素の動員が28倍増加、半島全体で1平方メートルあたり年間平均11グラム（5ないし38グラム）もの炭素に達した。
従来の永久凍土炭素フィードバック（PCF）モデリングは、急激な解凍をモデル化する難しさとメタン生成の速度に関する誤った仮定のために、緩慢な永久凍土の解凍のみを考慮してした。 しかし2018年の研究は、現地の観察、放射性炭素年代測定、およびサーモカルスト湖を考慮に入れるためのリモートセンシングを使用した結果、急激な解凍が進行しており2100年までに永久凍土からの炭素排出は2倍以上に増加することを明らかにした。  さらに2020年の研究では、持続的な加速排出のシナリオRCP 8.5の下では、2.5百万平方キロメートルにわたる急激な解凍の炭素排出が、それが占める全18百万平方キロメートルにわたる地表近くの永久凍土の徐々な解凍に等しい正のフィードバックを引き起こすと予測した。 その結果急激な解凍が2300年までに60から100ギガトンの放出炭素を追加し、 単独の徐々な解凍と比較して炭素排出を約125-190％増加させる。
しかし、解凍された永久凍土環境におけるメタン生成の速度と時間経過については議論がある。たとえば2017年の論文は、頻繁なサーモカルスト湖が存在する解凍湿原でさえ、メタン排出は10％未満が解凍された古い炭素に帰せられ、残りは新しい炭素源（バイオマス）の嫌気分解に起因しているとした。 2018年のフォローアップの研究は、サーモカルスト湿地での急速な泥炭形成による炭素固定の増加が、メタンの増加放出を補償するだろうとさえ示唆した。 2018年の別の論文では、サーモカルスト解凍の後、永久凍土からの排出は制限されているが、山火事の直後にはかなり増加すると示唆した。 2022年の論文では、永久凍土解凍による湿原メタン排出が最初は非常に多いものの（平方メートルあたりのメタン82ミリグラム/日）、その湿原が成熟するにつれてほぼ３分の１に減少し、急激な解凍の数十年から百年後にはメタン排出が減少する可能性があるとした。
2011年に行われた予備的分析では、永久凍土からのメタン排出が人為的排出の約15％に相当する可能性があるとした。　2018年の展望記事では世界的な気温が約2℃上昇すると、永久凍土解凍が2100年までに世界の気温にさらに0.04-0.16℃を追加する可能性があるとしたが、 急激な解凍は考慮に入っていない。IPCC第六次評価報告書によれば、永久凍土から放出される二酸化炭素とメタンは、気温上昇1°Cあたり14から1750億トンの二酸化炭素に相当すると推定された。比較を述べれば、2019年までの一年当たり二酸化炭素排出量は約400億トンであった。
急激な解凍を考慮に入れた永久凍土からの温暖化ガス排出の集合的な見積もり（二酸化炭素・メタン合算）は2021年に発表され、それによると2100年までの数値は、1.5℃の温暖化の場合には150-2000億トンの二酸化炭素換算量、2℃の場合には220-3000億トン、そして温暖化が4℃を超える場合には400-5000億トンであり、これは1.5℃目標内に留まるための残りのカーボンバジェット全部をこれだけで使い切ることを意味する。 同じ著者はまた別の論文で、温暖化による永久凍土からの排出の増加が、現在進行中の二酸化炭素排出と組み合わされた場合、パリ協定1.5℃の温暖化の超過を回避することは不可能と示唆した。　1.5℃温暖化が守れなかった場合に地球規模で何が起こるかを総合的に研究した2022年のサイエンス誌の論文によれば、急激な永久凍土解凍は徐々な解凍の率に50％を追加し、3-6℃の温暖化の範囲で（約4℃が最も可能性が高い）永久凍土地域の大規模な崩壊は不可逆になり、約50年間（範囲は10年から300年）で175から3500億トンの二酸化炭素換算量の排出、0.2-0.4℃の温暖化が追加される。
さらに2024年12月アメリカ海洋大気局（NOAA)によると、極めて恐ろしいことにかつて炭素の吸収・貯蔵地帯であった北極圏ツンドラ地帯は永久凍土融解により、いまや逆に二酸化炭素の排出に転じた。それによると永久凍土地下15－20メートルの温度は、20箇所中9箇所で2024年時点で観測史上最高を記録した。　NOAA2024年版北極圏レポートのサマリーによると：
北極圏の年間地表気温は、1900年以降で2番目に暖かい年となった。2023年秋と2024年夏は特に暖かく、それぞれ2番目と3番目の高気温であった。またアラスカの永久凍土の温度は記録上2番目に暖かい状態を記録した。
2024年8月上旬の熱波は、アラスカ北部およびカナダの複数の地域で史上最高の日平均気温を記録した。
過去9年間は、北極圏で記録上最も高温の9年間である。
2024年夏は、北極圏全体で記録上最も降水量が多かった。
2023年から2024年の冬季の積雪量は、ユーラシアと北米の北極圏の両方で平均を上回ったにもかかわらず、中央および東部カナダ北極圏の一部では、雪の季節が過去26年で最も短かった。雪解けはかつてよりも1～2週間早くなった。
温暖化に伴う低木の増加を示す指標であるツンドラ緑化度は、25年間の衛星記録で2番目に高い値を記録した。
北極圏は依然として安定したメタンの発生源であるのに加え、2003年以降北極圏全体の山火事による二酸化炭素排出量は年間平均2億700万トンに達している。その結果北極圏ツンドラ地域は土壌中への炭素貯蔵地域から、大気中への炭素放出源に転換した。