西伯利亞「不斷長大」的巨坑

巨坑 Image copyright Alexander Gabyshev
Image caption 這個巨坑每年都不斷「長大」(圖片來源:Alexander Gabyshev)

在雅拿河(Yana)流域附近的一片遼闊的永久凍土上,有一個蝌蚪形狀的巨坑:"巴塔蓋卡巨坑"(Batagaika)。

它是同類巨坑中面積最大的一個:長約0.6英里(1公里),深約282英尺(86米)。但這些數字很快就會改變,因為它正在快速"長大"。

當地人都不會靠近這裏,他們稱之為"冥界之門"。但科學家卻對它產生了濃厚興趣。

通過觀察因為地質沉降而暴露出來的地層,可以幫助我們了解地球曾經的面貌——過去的氣候。與此同時,巨坑的加速擴大也可以幫助我們了解氣候變化對日益脆弱的永久凍土產生的影響。

Image copyright Julian Murton
Image caption 這裏的土地常年冰凍(圖片來源:Julian Murton)

永久凍土共有兩種,一種被上一次冰河時期遺留下來的冰川的冰所覆蓋,目前被埋於地下。另一種則是以巴塔蓋卡周圍的永久凍土為代表,這裏的冰都是在地表層形成的。通常情況是,這些冰被封在一層沉積物的下方,冰凍時間至少為兩年。

巴塔蓋卡巨坑撕開了一片之前被埋在地下的冰封凍土,其中一些最早形成於幾千年前。

這個巨坑最早形成於20世紀60年代。亂砍濫伐導致這裏的植被無法在溫暖的夏季繼續覆蓋地面。隨後,陽光導致地表緩慢升溫。更糟糕的是,樹木無法通過 "冷汗"的蒸發給地表降溫。

"由於樹蔭減少,蒸發降低,導致地表溫度升高。"英國蘇塞克斯大學的朱利安·莫頓(Julian Murton)說。

隨著地表溫度越來越高,永久凍土上方的土層升溫,從而導致永久凍土本身逐步融化。一旦這一過程開始,冰層暴露在更加溫暖的環境之中,融化速度就會加快。

Image copyright Julian Murton
Image caption 通過觀察因為地質沉降而暴露出來的地層,便可了解過去的氣候(圖片來源:Julian Murton)

正是出於這些原因,科學家都在主動監測這個巨坑。2017年2月發表在《第四紀研究》(Quaternary Research)上的一篇論文發現,對暴露出來的地表進行研究,可以揭示過去20萬年的氣候變化。

在過去20萬年間,地球氣候在相對溫暖的"間冰期"與寒冷的"冰川期"之間反覆變化。冰原面積會在冰川期擴大。

巴塔蓋卡沉積層提供了一份"連續的地質歷史記錄,這非常罕見。"他說,"這可以幫助我們解讀那裏的氣候和環境歷史。"

然而,每個地層對應的地質年代目前並不確定。"我們仍在制定年表。"莫頓說。

接下來,他需要收集和分析更多地層資料。在理想情況下,可以使用鑽井來收集"連續的沉積物",從而幫助研究人員更精確地確定年代。之後可以將永久凍土記錄與其他氣溫記錄進行比對,例如冰川的冰芯。

"歸根到底,我們希望了解西伯利亞在上個冰川期內發生的氣候變化是否存在很多變異性特徵:就像北大西洋地區那樣冷暖交替。"莫頓說。

這一點非常重要,因為我們目前對北西伯利亞地區大片地帶的氣候歷史都知之甚少。通過重構以往的環境變化,科學家便有望預測未來是否會出現類似的變化。

Image copyright Alexander Gabyshev
Image caption 巨坑每年都在擴大(圖片來源:Alexander Gabyshev)

例如,12.5萬年前,氣候正在經歷間冰期,那時候的氣溫比現在高幾度。"如果我們能夠理解當時的生態系統——便可幫助我們大致了解:如果現在的氣候繼續變暖,環境可能發生何種變化。"莫頓說。

如果永久凍土在氣候變暖的情況下經歷的變化與上一次冰川期之後相同,預計會出現更多巨坑,形成更多胡泊。

甚至可能出現新的土地,因為冰層融化會導致埋藏在原始表面下33至66英尺(10至20米)的土地"重見天日"。"隨著冰層融化,這些富含冰層的永久凍土開始從上往下融化,所以會形成新的地形。"莫頓說。

這些影響或許並沒有那麼遙遠。這片永久凍土正在快速變化。

Image copyright Julian Murton
Image caption 正在融化的永久凍土可以加速氣候變化(圖片來源:Julian Murton)

德國阿爾弗雷德·維格納研究所(Alfred Wegener Institute)的弗蘭克·甘瑟(Frank Günther)和他的同事過去10年一直在監控這裏,使用衛星圖片了解變化速度。

在他們研究過程中,巨坑的頭牆平均每年升高33英尺(10米)。在較為溫暖的年份裏,變化幅度甚至更大,有時候1年高達98英尺(30米)。甘瑟在2016年12月的美國地球物理學會的一次會議上宣佈了這些發現。

他也有理由相信,這個巨坑的側牆將會在今年夏季到達附近遭到侵蝕的山谷。這"很有可能"促使巨坑進一步"生長"。

"從過去這些年的平均數來看,速度沒有大幅加快或放慢。"甘瑟說,"持續生長意味著巨坑一年比一年深。"

此外還有其他值得擔憂的結果。

Image copyright Julian Murton
Image caption 永久凍土保留了遠古森林遺跡(圖片來源:Julian Murton)

現在暴露出來的很多積冰都是在上一個冰川期形成的。底冰裏面包含很多有機物,包括很多被封鎖了數千年的碳。

"據估計,永久凍土裏的碳儲量與大氣中的碳含量相當。"甘瑟說。

隨著更多凍土融化,越來越多的碳將暴露在微生物環境中。這些微生物消耗碳後,便會產生甲烷和二氧化碳,隨後把這些溫室氣體釋放到大氣中,進一步加快全球變暖速度。

"這就是我們所說的正反饋。"甘瑟說,"變暖會加速變暖,這些特徵還會在其他地方出現。這不僅會威脅基礎設施,而且沒有人能阻止這種變化,也沒有任何技術方案能夠阻止這些巨坑的發展。"

由於巨坑仍在一年年"長大",所以沒有跡象顯示這個巨坑的侵蝕速度會在短期內放緩。

這也導致西伯利亞永久凍土的未來變得極不穩定。

請訪問 BBC Earth 閲讀 英文原文

更多有關此項報導的內容