西伯利亚“不断长大”的巨坑

巨坑 Image copyright Alexander Gabyshev
Image caption 这个巨坑每年都不断“长大”(图片来源:Alexander Gabyshev)

在雅拿河(Yana)流域附近的一片辽阔的永久冻土上,有一个蝌蚪形状的巨坑:"巴塔盖卡巨坑"(Batagaika)。

它是同类巨坑中面积最大的一个:长约0.6英里(1公里),深约282英尺(86米)。但这些数字很快就会改变,因为它正在快速"长大"。

当地人都不会靠近这里,他们称之为"冥界之门"。但科学家却对它产生了浓厚兴趣。

通过观察因为地质沉降而暴露出来的地层,可以帮助我们了解地球曾经的面貌——过去的气候。与此同时,巨坑的加速扩大也可以帮助我们了解气候变化对日益脆弱的永久冻土产生的影响。

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Image caption 这里的土地常年冰冻(图片来源:Julian Murton)

永久冻土共有两种,一种被上一次冰河时期遗留下来的冰川的冰所覆盖,目前被埋于地下。另一种则是以巴塔盖卡周围的永久冻土为代表,这里的冰都是在地表层形成的。通常情况是,这些冰被封在一层沉积物的下方,冰冻时间至少为两年。

巴塔盖卡巨坑撕开了一片之前被埋在地下的冰封冻土,其中一些最早形成于几千年前。

这个巨坑最早形成于20世纪60年代。乱砍滥伐导致这里的植被无法在温暖的夏季继续覆盖地面。随后,阳光导致地表缓慢升温。更糟糕的是,树木无法通过 "冷汗"的蒸发给地表降温。

"由于树荫减少,蒸发降低,导致地表温度升高。"英国苏塞克斯大学的朱利安·莫顿(Julian Murton)说。

随着地表温度越来越高,永久冻土上方的土层升温,从而导致永久冻土本身逐步融化。一旦这一过程开始,冰层暴露在更加温暖的环境之中,融化速度就会加快。

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Image caption 通过观察因为地质沉降而暴露出来的地层,便可了解过去的气候(图片来源:Julian Murton)

正是出于这些原因,科学家都在主动监测这个巨坑。2017年2月发表在《第四纪研究》(Quaternary Research)上的一篇论文发现,对暴露出来的地表进行研究,可以揭示过去20万年的气候变化。

在过去20万年间,地球气候在相对温暖的"间冰期"与寒冷的"冰川期"之间反复变化。冰原面积会在冰川期扩大。

巴塔盖卡沉积层提供了一份"连续的地质历史记录,这非常罕见。"他说,"这可以帮助我们解读那里的气候和环境历史。"

然而,每个地层对应的地质年代目前并不确定。"我们仍在制定年表。"莫顿说。

接下来,他需要收集和分析更多地层资料。在理想情况下,可以使用钻井来收集"连续的沉积物",从而帮助研究人员更精确地确定年代。之后可以将永久冻土记录与其他气温记录进行比对,例如冰川的冰芯。

"归根到底,我们希望了解西伯利亚在上个冰川期内发生的气候变化是否存在很多变异性特征:就像北大西洋地区那样冷暖交替。"莫顿说。

这一点非常重要,因为我们目前对北西伯利亚地区大片地带的气候历史都知之甚少。通过重构以往的环境变化,科学家便有望预测未来是否会出现类似的变化。

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Image caption 巨坑每年都在扩大(图片来源:Alexander Gabyshev)

例如,12.5万年前,气候正在经历间冰期,那时候的气温比现在高几度。"如果我们能够理解当时的生态系统——便可帮助我们大致了解:如果现在的气候继续变暖,环境可能发生何种变化。"莫顿说。

如果永久冻土在气候变暖的情况下经历的变化与上一次冰川期之后相同,预计会出现更多巨坑,形成更多胡泊。

甚至可能出现新的土地,因为冰层融化会导致埋藏在原始表面下33至66英尺(10至20米)的土地"重见天日"。"随着冰层融化,这些富含冰层的永久冻土开始从上往下融化,所以会形成新的地形。"莫顿说。

这些影响或许并没有那么遥远。这片永久冻土正在快速变化。

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Image caption 正在融化的永久冻土可以加速气候变化(图片来源:Julian Murton)

德国阿尔弗雷德·维格纳研究所(Alfred Wegener Institute)的弗兰克·甘瑟(Frank Günther)和他的同事过去10年一直在监控这里,使用卫星图片了解变化速度。

在他们研究过程中,巨坑的头墙平均每年升高33英尺(10米)。在较为温暖的年份里,变化幅度甚至更大,有时候1年高达98英尺(30米)。甘瑟在2016年12月的美国地球物理学会的一次会议上宣布了这些发现。

他也有理由相信,这个巨坑的侧墙将会在今年夏季到达附近遭到侵蚀的山谷。这"很有可能"促使巨坑进一步"生长"。

"从过去这些年的平均数来看,速度没有大幅加快或放慢。"甘瑟说,"持续生长意味着巨坑一年比一年深。"

此外还有其他值得担忧的结果。

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Image caption 永久冻土保留了远古森林遗迹(图片来源:Julian Murton)

现在暴露出来的很多积冰都是在上一个冰川期形成的。底冰里面包含很多有机物,包括很多被封锁了数千年的碳。

"据估计,永久冻土里的碳储量与大气中的碳含量相当。"甘瑟说。

随着更多冻土融化,越来越多的碳将暴露在微生物环境中。这些微生物消耗碳后,便会产生甲烷和二氧化碳,随后把这些温室气体释放到大气中,进一步加快全球变暖速度。

"这就是我们所说的正反馈。"甘瑟说,"变暖会加速变暖,这些特征还会在其他地方出现。这不仅会威胁基础设施,而且没有人能阻止这种变化,也没有任何技术方案能够阻止这些巨坑的发展。"

由于巨坑仍在一年年"长大",所以没有迹象显示这个巨坑的侵蚀速度会在短期内放缓。

这也导致西伯利亚永久冻土的未来变得极不稳定。

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