闷烧中的北极:人类要如何面对环境浩劫

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北极就在我们眼前发生着变化:冰盖正在融化,林木线向北移动,饥饿的北极熊在城市里游荡。由于气候变化,该地区变暖的速度是其它地区的两倍。这主要是由于阳光反射率的变化——反射阳光的冰雪减少,取而代之的是吸收光照热量的海面和土壤。这就形成了一种正向循环机制,即热量螺旋上升,造成更多热量累积。这个现象十分危险。

现在,北极不仅冰雪渐融,它还出现了野火。

西伯利亚大规模的森林火灾持续了三个多月,产生的烟尘云霾面积相当于整个欧盟。400多万公顷针叶林被大火吞噬,俄罗斯军队前往救灾。整个地区的人们都被浓烟呛得透不过气来,浓烟蔓延到了阿拉斯加乃至其它地方。就连格陵兰、阿拉斯加和加拿大的北方森林也发生了大火。

尽管北极圈内熊熊大火的图片可能会让很多人感到震惊,但美国蒙大拿大学(University of Montana)火灾生态学家伊格拉(Philip Higuera)认为,这并不令人意外。

“我并不感到意外——这些都是我们几十年来一直预测会发生的事情,”他说。

2016年,伊格拉团队便基于复杂的计算机模型预测到2100年北方森林和北极苔原的火灾将增加四倍。

他说,一个关键的临界点是30年来7月份的平均气温为13.4摄氏度。在1971年到2000年之间,阿拉斯加的大部分冻土带已经接近这一临界值,因此对气候变暖尤其敏感。伊格拉说,随着未来几十年气候继续变暖,接近或超过这个临界点的地区数量可能会增加。

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Image caption 在西伯利亚冻土带上,大规模的森林大火威胁着附近的居民区,该地区被浓烟和灰尘所笼罩(Credit: Getty Images)

伊格拉说;“在北极圈地区,我们得到的重要信息是,在你开始看到苔原燃烧的时候,会有不同的阈值,就像一个二元开关。这种阈值关系是北极对气温如此敏感的部分原因:在数年内该地区保持在这个阈值以下,在我们的火灾警戒线之下;然后,随着温度的变化,它突然开始燃烧。”

尽管火灾是整个生态系统的自然组成现象,包括在遥远的北方——它们促进生物多样性和营养循环,但北极发生如此大规模的火灾是前所未有的,也是极不寻常的。

伊格拉说:“这表明我们人类正在干扰这个系统。改变全球气候对生态系统是非常大的冲击。”

火灾爆发的部分原因是累积的热量使土壤干燥,并使永久冻土融化。但也有更令人惊讶的原因,比如气候变暖导致更多的雷击,引发更多的森林火灾。

缓慢燃烧

“在阿拉斯加今夏炎热和烟雾缭绕的环境中做实地考察,你可以感受到不同地方受火灾的影响。”娜塔莉(Sue Natali)说。娜塔莉是伍兹霍尔研究中心(Woods Hole Research Center)的副研究员。这家机构位于马萨诸塞州,专门研究气候变化和解决方案。“你还可以看到多年前发生的火灾所造成的长期影响。由于之前的火灾导致冻土融化,我们正在行走的地面发生了坍塌。”

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Image caption 在西伯利亚冻土带,有超过100万公顷的森林被大火吞噬,通过灭火来控制灾情几乎是不可能的(Credit: Getty Images)

如果说烧焦的永久冻土还不算什么,今年夏天她看到了更令人震惊的事情。

“我在一个被烧毁的湿地工作,”娜塔莉说。

大火正影响整个北部的生态系统。空气被污染,地方性的干旱;而生态系统的一个反应是,在意想不到的地方,植被和树木的新组合正在生长。例如,去年的一份报告发现,北极地区气候变暖,以及随之而来的植被变化,已经导致北美驯鹿的数量锐减了一半,原因是无法找到正常的食物来源——苔藓地衣。

北极大火对全球气候也有巨大影响。北方森林和北极苔原占全球陆地表面的33%,并保有全球土壤碳含量的50%左右,比地球所有植被中储存的碳还要多,其大小与大气中的碳含量相当。

因为北方气候非常寒冷,微生物的生长和分解速度比热带要慢得多,所以碳被储存在永久冻土层中,而不是通过植被生长返回到营养循环中。

换句话说,如果森林被烧毁,冻土带融化,我们大气中碳的含量就会急剧增加,即使是全球最齐心协力的减少碳排放的努力也会无济于事。

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Image caption 大量的碳原本被锁在北极森林的树木、落叶层和土壤中,如今通过火灾释放到大气中(Credit: Getty Images)

加拿大安大略省圭尔夫大学(University of Guelph)的生物学家图雷斯基(Merritt Turetsky)解释说:“北方相当于全球的一个巨大冰箱,储存着来自大气的碳。”她专门研究永久冻土层是如何融化的。正如她所描述的,固态土地变成一坨“大汤团”。多年来,北方地区一直在发生房屋倾斜和道路坍塌。

现在,我们看到曾经坚实的土地正在燃烧。泥炭地的火灾的特点主要是无焰闷烧,这种燃烧在地表的落叶淤积层蔓延开来,速度缓慢,大约每周半米,而不是像森林火灾每小时10公里的速度。

“不是窜上树的那种火焰,”图雷斯基说。“这些是缓慢移动的无焰之火,它们穿过苔藓、树叶淤泥和其他所有沉积在森林浅层地表的东西。”

这些火不仅比雷击更容易被引燃,而且在寒冷和潮湿的环境中能持续更长时间,这主要是因为泥炭中含有大量的可燃气体甲烷。随着气候变暖,北方的土壤和泥炭变干,潜在的火灾便更有可能发生。

在2015年的一篇论文中,图雷斯基解释了闷烧的火灾如何对全球气候造成更大威胁。它们燃烧的时间要长得多,因此能将热量更深地传递到土壤和永久冻土中,总体上消耗的含碳燃料是普通火灾的两倍。

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Image caption 森林火灾产生的烟雾可以蔓延到广阔地区,甚至污染其他大陆的空气(Credit: Getty Images)

“不幸的是,你根本没有办法派出一架灭火飞机,装满水或灭火剂,来扑灭火灾——灭火专家现有的工具只能应对这些大规模的明火火灾,对付闷烧火灾根本无效,”图雷斯基说。

更令人不安的是,降雨对于灭火也无助益。

她说:“你需要大量的降水才能把火扑灭,但是如果雨量仅仅适中,根本无益。而且那往往伴随着闪电,引爆泥炭中的甲烷,会把东西炸飞,情况变得更糟。”

沉在地底的碳源

在一项新的研究中,图雷斯基和她的同伴认为,北方森林通过光合作用从大气中吸收碳,并形成碳沉积,再通过干燥和燃烧释放碳,从而成为碳源。

换句话说,北方森林不仅没有起到遏制气候暖化的作用,引发的火灾反而会极大地加剧全球变暖。

并不是所有的土壤碳都能在森林大火中燃烧。随着时间的推移,在反复的火灾后“遗留碳”在土壤中积累。但在气候变暖的情况下,北方森林大火的规模和程度增加,这种“遗留碳”被释放到大气中的可能性也在增加。

图雷斯基解释说:“真正的坏消息是,大火可以穿透地表,深入数千年前从大气层转化至地下的旧碳层。10万年前的碳被释放回大气,这才是真正的正向反馈和加速循环。虽然偶尔的火灾是北方森林的自然调节机制,但这并不是北极地区的常规特征。它可能会在未来发生,人类正在加剧这种可能。”

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Image caption 森林大火之后,幼苗在烧焦的土地上生长,重新造林;北极附近的森林中,落叶松、桦树和针叶树的平衡正在发生变化(Credit: Getty Images)

如果说,想象北极地区都可以发生火灾,还不足以带来思维的转变,那么更大的心理突破,是要理解北极地区的大部分火灾实际上是在地下发生的。

阿拉斯加关注北方森林科学家联盟(Alaska's Boreal Forests at the Union of Concerned Scientists)的肯德尔碳保护研究员(Kendall Fellow for Protecting Carbon)菲利浦(Carly Philips)说:“更好的是要理解,是生态系统中什么物质着了火——泥炭、淤泥和土壤表层下的物质在燃烧,可能改变人们对北极火灾的理解。”该联盟是一个50年前创立非盈利的机构,旨在利用科学改善人类健康和保护地球。

这些火灾在地表下闷烧,能够持续整个冬天,并在春季突然出现在完全意想不到的地方。因此它们的绰号是“僵尸火灾”。他们既不明显,却也没有熄灭。

这些因素叠加在一起,融化的冻土、甲烷的释放、干燥的泥炭、正在消失的冰层、悄无声息的闷烧火灾,当然还有气候变暖,这些因素综合在一起,使北极发生了前所未有的巨大变化。

在2018年的一项研究中,伍兹霍尔的娜塔莉描述了2012年至2016年在西伯利亚进行的一项实地实验。她和同事们在西伯利亚不同程度地烧灼一片片土地,等待观察落叶松幼苗生长的难易程度。到2017年,在中度和高度焦化的土地上,落叶松幼苗的数量是其它地块的五倍,这意味着在被森林大火夷为平地的土地上,新物种将会越来越多。

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Image caption 阿拉斯加夏季的大火正在对该地区更广泛的生态系统产生影响(Credit: Philip Higuera)

这可能意味着北极的景观从针叶林转变为更低纬度常见的落叶乔木。

图雷斯基说:“在北方地区,由于针叶林在火灾后无法恢复,我们已经看到落叶林在那里大量生长。定义里北方标志性的生态结构可能正在改变。”

全球影响

寒带和北极地区的剧烈变化,将以不止一种方式影响整个地球。

“这是一个全球性的问题:一个地区的火灾会影响世界其它地区的空气质量,”欧洲森林火灾信息系统(European Forest Fire Information System)哥白尼大气监测局(Copernicus Atmosphere Monitoring Service)的资深科学家帕林顿(Mark Parrington)说。他们的监测跟踪了从阿拉斯加到五大湖的烟尘云团;阿尔伯塔省的大火导致欧洲天空发红;加拿大北极圈飘来的烟雾到达欧洲的北极地区,甚至更远。

帕林顿说,我们需要观察这些火灾产生的黑色颗粒,即碳灰,落回地球的位置,以了解它们对全球气候的影响。如果它们沉积在冰雪上,将减少反照率,导致更多的阳光和热量被吸收,加速全球变暖。他说,哥白尼大气监测局有一些数据是关于这个问题的,但迫切需要更多数据。

除了做更多的研究,我们还能做些什么?有可能阻止这些火灾蔓延吗?很多人并不乐观,伊格拉就是其中之一。他说:“我们不可能在未来阻止这样的火灾发生。这就像我们无法阻止飓风来袭。”

由于该地区偏远,幅员辽阔,缺乏基础设施,即使扑灭零星火灾都极其困难。但专家表示,并非每一场火灾都应该被扑灭;取而代之的是,我们需要将解决问题的焦点转向别处。

图雷斯基说:“消耗资金去扑灭北方的每一场火灾,这并非有效方法,也不可行。我们能做的最重要的事情是全面减缓气候变化,不是10年或15年后才开始做。”

“而是现在就开始做。”

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