北极永冻层解冻释放出的有毒物质

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2012年,纳塔利(Sue Natali)首次抵达位于西伯利亚的杜瓦尼亚尔(Duvanny Yar)。那时,她还是一名博士后研究员,研究对象是气候变化导致的永久冻土融化的影响。在那之前,她多次看到这个地方的照片。在杜瓦尼亚尔,永冻层融化得很快,导致西伯利亚永久冻土带中央出现了一片大面积地面塌陷——“大滑坡”,像一个巨坑一样。但她没想到自己会亲眼看到这一切。

“不可思议,真的不可思议,”身在马萨诸塞州伍兹霍尔研究中心(Woods Hole Research Center)的她在接受我的采访时回忆说。她现在是该中心的副研究员。“我到现在一想到它还打颤……根本无法相信那种规模:多层建筑大小的悬崖坍塌……一边走一边能看到像木头一样的东西露出永冻层。但它们不是木头,是猛犸象和其他更新世(Pleistocene)动物的骨头。”

纳塔利所描述的正是北极迅速变暖所带来的显著影响。永冻层——截止前仍处于永久冻结状态的土层——正在解冻,并暴露出它隐藏的秘密。除了更新世化石外,同时被释放出来的还有大量的碳与甲烷、有毒的汞和古老的病毒。

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Image caption 永久冻土迅速解冻导致地表出现“大滑坡”,地层变成如同奶酪中的蜂窝空穴一样(Credit: Sue Natali)

永久冻土中含有丰富的有机物,其碳含量约为150亿吨。“这大约是大气中碳含量的两倍,全球所有森林碳含量的三倍,”纳塔利说。她解释称,可能会有30%到70%的永久冻土会在2100年之前融化,具体取决于我们应对气候变化的成效。“如果我们还是一切照旧,继续保持当前的化石燃料消耗速度,那就是70%;如果我们大量减少化石燃料排放,就是30%……在融化的这30%到70%永久冻土中,封存在有机质中的碳将开始被微生物分解。它们会以这些碳作为燃料或能源,并以二氧化碳或甲烷的形式将其释放出来。”

解冻的碳中,大约10%可能会以二氧化碳的形式释放,总量将达到1300亿到1500亿吨。这相当于美国保持目前的年排放量一直到2100年的总排放量。永久冻土的融化,实际上相当于多出来了一个排放量第二大的国家,而在当前的政府间气候变化专门委员会(IPCC)模型中这个‘国家’并没有被考虑进去。“人们会说着就像一枚碳炸弹,”纳塔利说。“在地质时间尺度上,这个释放速度不慢。这是一个被封存的,没有被考虑进为把升温控制在2度(摄氏温度)之内而制定的碳预算中。”

在北半球2018至2019年的那个冬天,随着北美洲最南边降温反常,有关“极地漩涡”的报道频频出现。在印第安纳州南本德,2019年1月的气温低至零下29摄氏度,几乎是该市此前在1936年创下的历史最低气温记录的两倍。然而,被这类报道所掩盖的是,北极圈以北的情况正好相反。2019年1月,北极平均海冰面积仅为1356万平方公里(524万平方英里),比1981至2010年的长期平均面积少了大约86万平方公里(33.2万平方英里),仅略高于2018年1月创下的历史最低值。

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Image caption 融冰可能会释放甲烷,后者会加剧全球变暖(Credit: Getty Images)

去年11月,北极的气温本应在零下25摄氏度,但实际记录在案的温度却是零上1.2摄氏度。北极变暖的速度是世界其他地区的两倍(部分原因是太阳反射率降低)。

“我们看到,永冻层融化速度大大加快,”美国国家海洋和大气管理局北极研究项目(Arctic Research Program,NOAA)的项目经理、北极环境研究同行评议年刊《北极报告》(Arctic Report Card)的编辑奥斯本(Emily Osborne)证实。她说,气温不断上升的直接后果是永久冻土融化,“结果地面坍塌……情况变化非常快,而且是以连研究人员都没预料到的方式。”

2017年的《北极报告》的标题毫不留情——《北极没有表现出回归稳定冻结状态的迹象》。挪威斯瓦尔巴大学(University Centre Svalbard)教育学院教授兼副院长克里斯蒂安森(Hanne Christiansen)与人合著的一篇论文研究了20米(即65英尺,深度足以不受短期季节变化的影响)深处的永久冻土温度,发现自2000年以来那里的温度上升了0.7摄氏度。同时也是国际永久冻土协会(International Permafrost Association)主席的克里斯蒂安森告诉我,“永冻层内部的温度正在以相对较快的速度上升……那么,之前处于永久冻结状态的东西自然可能会被释放出来。”2016年,斯瓦尔巴群岛(Svalbard)的秋季气温在整个11月都保持在零度以上,“这是自我们1898年开始记录以来的第一次,”克里斯蒂安森说。“然后是大量降雨——这里的降水通常是雪……泥石流冲毁了几百米道路……我们不得不疏散部分民众。”

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Image caption 融化的永久冻土正在改变阿拉斯加的地貌(Credit: Getty Images)

北美永冻层的快速变化同样令人担忧。“在属于阿拉斯加的部分北极地区,你会从空中看到一片犹如蜂窝状奶酪的土地和湖泊,它们都是因为地面塌陷而形成的,”实地考察工作已从西伯利亚转移至阿拉斯加的纳塔利说。“过去靠近地表的水现在成了水塘。”很多水塘都在汩汩地释放甲烷,因为微生物突然发现自己在尽情享受由古代有机物组成的盛宴,同时释放副产品甲烷。“我们经常步行穿过这些湖泊,因为水很浅,在有些地方就像在热水浴缸里一样,到处都是气泡,”纳塔利说。

但曾经的冻土释放出来的不仅仅是甲烷和二氧化碳。2016年夏天,一批驯鹿游牧民开始患上一种神秘的病。有关“西伯利亚瘟疫”的谣言开始流传。这种疾病最后一次出现在该地区是在1941年。在一个小男孩和2500头驯鹿死亡后,这种疾病被确认为炭疽热。病源是一具解冻的驯鹿尸体,这头驯鹿死于75年前的一场炭疽热疫情。2018年的《北极报告》推测,“像西班牙流感、天花或黑死病这样的已经被消灭的疾病可能被封冻在永久冻土中。”2014年,法国的一项研究提取了一种被封存在永冻层中长达3万年的病毒,并在实验室对其重新加热。尽管已经过了3万年,但该病毒仍迅速复活。

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Image caption 在西伯利亚,永久冻土融化,释放出了炭疽(Credit: Getty Images)

2016年融水渗入“世界末日种子库”(Doomsday Vault)一事更是为这幅末日图景增添了新的内容。“世界末日种子库”位于挪威境内的北极地区,建在永冻层下面,保管着数以百万计的作物种子,以防止作物绝种。全球永久冻土地面网络(The Global Terrestrial Network for Permafrost)的成员之一瑞典核废料管理公司(Swedish Nuclear Waste Management)大概也要靠永冻层永久冻结核废料。

永久冻土融化后,可能会涌现一些保存已久的人类考古学遗址,但它们消失的速度也很快。格陵兰岛一处保存了大约4000年的冰冻古爱斯基摩人遗址正面临着被冲垮的危险。据估计,永冻层中保存着18万处考古遗址,这只是其中之一。在这些遗址中,往往能找到保存完好的软组织和衣物,但一旦暴露在空气中,它们就会迅速腐烂。忧思科学家联盟(Union of Concerned Scientists)的马卡姆(Adam Markham)说:“人类造成的气候变化发展迅速,在这种情况下,很多遗址和其中保存的物品会在被发现之前就消失了。”

然而,人类留下的更现代 (和不需要)的碎屑却不会腐烂:海洋微塑料。由于全球洋流的循环,大量塑料垃圾最终到达北极,在那里被冻结在海冰或永久冻土中。最近对海洋微粒进行的一项研究表明,北极盆地的浓度高于全球其他所有海洋盆地。从2004年到2015年,格陵兰海的微塑料浓度翻了一番。“科学家发现,这些微塑料正在整个海洋积聚,最终涌入北极,”奥斯本解释说。“我们(以前)没意识到这个问题。科学家们现在试图弄清楚这些微塑料的成分、什么鱼以这些微塑料为食……以及我们本质上是否在通过食用这些鱼而吃进微塑料。”

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Image caption 位于挪威的世界末日种子库建在永冻层下面,保管着数以百万计的作物种子,以防止作物灭绝(Credit: Getty Images)

因为永久冻土融化,汞也进入了食物链。北极是地球上汞最多的地方。美国地质调查局(US Geological Survey)估计,极地冰川和永久冻土中总共存储着165.6万吨汞:约是全球其他所有陆地、海洋和大气中汞含量的两倍。纳塔利解释说:“在有机物含量高的地方,汞通常与有机物结合在一起……有机体的身体不会将其去除,所以它会在食物链中进行生物积累。永冻层几乎就是那场完美的暴风雨——永冻层中有大量汞,它们被释放进湿地系统,湿地环境正适合有机体吸收汞,然后(它们)就进入了食物链。这对野生动植物、人类和商业捕鱼业来说都是一个问题。”

北极融化有积极的影响吗?一个更加绿色的北极会开始看到更多的树木和植被扎根,吸收更多的碳,并为动物提供新的栖息地吗?奥斯本同意“北极正在变绿”的说法。但她补充说,实际上对动物种群进行的研究表明,“温度升高还会加剧病毒和疾病的传播,因此我们看到,由于气候变暖,更多北美驯鹿和驯鹿变得更加体弱多病……温度升高,在这种环境下根本不适合茁壮成长。”纳塔利还说,很多地区正在经历“冻土层褐化”:升温导致地表水蒸发到大气中,造成植物死亡。另一些地区因为地面塌陷而突发洪灾。“这不是发生在2100年或2050年的事,就是现在,”纳塔利说。“你会听到人们说‘我们过去常在那里摘蓝莓’,而当你看过去时,发现那是一片湿地。”

纳塔利不想沮丧地结束谈话。我们能做的事情很多,她说。北极的命运并非已成定局:“国际社会采取的行动将对究竟会有多少碳被释放出来、永久冻土会融化多少产生重要影响。我们必须让尽可能多的永久冻土保持冻结状态。我们确实在一定程度上控制了这种情况。”排放不能“照旧”。北极要靠它,而我们要靠北极。

蒂姆·斯梅德利是一位关注可持续发展的作家,常驻英国。他的第一本著作是《净化空气:空气污染的开始与结束》(Clearing the Air: The Beginning and the End of Air Pollution)。

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