阿拉斯加凍土大消融時代來臨

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弗拉基米爾·羅曼諾夫斯基(Vladimir Romanovsky)輕鬆穩步地穿過茂密的黑雲杉樹林,腳下踩著的是隔絶著凍土層的鬆軟苔蘚。

這是七月裏溫暖的一天,這位科學家正在尋找一個他和他的小組安放在地下的盒子。這個盒子隱藏在阿拉斯加大學費爾班克斯分校(University of Alaska Fairbanks)地球物理研究所(Geophysical Institute)以北近六英里(10公里)的某處,而羅曼諾夫斯基則是該研究所的地球物理學教授和永凍土實驗室(Permafrost Laboratory)主任。

這個由樹枝覆蓋的盒子裏裝有一個與安裝在地下的溫度計相連的數據採集器,溫度計用於測量不同深度的永凍土溫度。永凍土是至少連續兩年維持在0攝氏度(32華氏度)或低於0攝氏度的土壤。

羅曼諾夫斯基將他的筆記本電腦與數據採集器相連,並將這一稱為金溪三號(Goldstream III )的地點的溫度數據上傳,稍後他會將這些數據添加到一個在線數據庫,供科學家和感興趣的個人訪問。

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Image caption 弗拉基米爾·羅曼諾夫斯基蹲在地上,採集森林地表下的溫度數據(圖片來源: Anthony Rhoades)

"永凍土層的定義基於溫度,這項參數直接反映了其穩定性,"羅曼諾夫斯基說。

當溫度低於攝氏零度(或32華氏度),例如攝氏零下6度(或21華氏度),凍土被認為是穩定的,需要很長時間才能解凍或發生改變。然而如果溫度接近0攝氏度,這時凍土則被認為是脆弱的。

每年夏天,稱為活性層的永凍土層之上的那部分土壤會解凍,活性層在接下來的冬天會再次凍結。在七月的這一天,金溪三號這個地點的夏季解凍深度達到50厘米。

隨著地球變暖和夏季氣溫上升,解凍深度正在加深,解凍範圍在擴大,導致下面的永久凍土變得不那麼穩定。

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Image caption 更黑的土壤顏色顯示土壤中積聚的有機碳質(圖片來源: Anthony Rhoades)

如果這種融化繼續下去,對阿拉斯加乃至全世界而言,其後果都將是深遠的。該州90%的面積被永久凍土覆蓋,這意味著由於建築物和道路的地基崩塌,整個整個的村莊需要搬遷。如果凍土層釋放幾千年來封存並積聚其內的碳物質,這將加速我們星球的變暖速度——遠遠超出我們控制的能力。

脆弱的狀態

隨著永久凍土融解,建在凍土土層之上的房屋、道路、機場和其他基礎設施將開裂甚至倒塌。

"我們注意到,修建在永凍土層上的道路的維護工作在增加,"阿拉斯加州交通運輸部公共設施處(Alaska Department of Transportation Public Facilities)北部地區(Northern Region)的材料工程師傑夫·庫裏(Jeff Currey)說,"我們的一個維修主管最近告訴我,相比10年或20年前,他們對高速公路區域內的地面沉降進行的修補更為頻繁。"

同樣的,修建在地下的基礎設施(比如公用事業設施)也因氣溫上升而受到影響。

"例如在阿拉斯加西北海岸的波因特萊(Point Lay),那裏建在永久凍土中的自來水管線和下水道遇到了各式各樣的麻煩,"阿拉斯加大學費爾班克斯分校的水與環境研究中心(Water & Environmental Research Center )主任威廉·施納貝爾(William Schnabel)說:"永久凍土的融化,導致地層移位,使得輸水管道破裂。"

對於那些沒有足夠資金應對凍土融化影響的農村居民來說,這種擔憂更為明顯。對於那些居民來說,這不僅僅是目前頗為常見的建築物倒塌問題,也包括供水。

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Image caption 永凍土是至少連續兩年維持在攝氏0度或低於攝氏0度的土壤(圖片來源: Alamy)

當被某個村莊當作水源地的湖岸一側發生永凍土融化,通常會出現裂口和側漏。"從湖中取水、引到村裏並存儲起來通常需要相當昂貴的基礎設施,而這一基礎設施的所有部件對於永凍土解凍而言都顯得非常脆弱,"羅曼諾夫斯基說。

如果一個村莊依賴供水的湖泊受到影響,那麼社區成員就不得不把他們的基礎設施,有時甚至整個村莊搬到另一個湖泊附近,這可能是非常昂貴的舉措。

據美國地質調查局(US Geological Survey)進行的研究,在阿拉斯加西北部的那些村莊,例如基瓦利納村(Kivalina),不得不在未來10年遷走,羅曼諾夫斯基解釋說,"但是估算顯示,一個300人的村子的搬家成本約為2億美元(1.5億英鎊)。"

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Image caption 土壤中的傳感器的讀數表明重大變化正在發生(圖片來源: Anthony Rhoades)

只有聯邦政府的資助才可能負擔如此大的費用,而且誰也保證不了新的定居點最終不會受到影響。

"我認為現在有70個村子的人不得不因為永凍土融化而遷走,"羅曼諾夫斯基說,"但是將村莊遷移到永凍土帶的另一個地點很難保證30年內不出問題,如果有出問題,聯邦政府可能不願意買單。"

在永久凍土帶修建阿拉斯加人定居點的活動也可能使問題更加惡化。"當你想到供水和下水道時,你必須使這些水保持在冰點以上;而當有永凍土層時,又必須保持在冰點以下。"施納貝爾說,"所以當在凍土帶中有相對溫暖的水流動時,又會有一些熱量散發出去。"

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Image caption 隨著奎吉林戈克聚居點的凍土層融化,其基礎設施也開始破敗不堪(圖片來源: Alamy)

同樣,當修建一條道路,大量為凍土層保溫的植被被清除,然後鋪上黑色的路面,這會增加對太陽輻射的吸收。所以雖然對於像庫裏這樣的人而言,維護工作增加了,並非所有基礎設施維護的壓力應該歸咎於氣候變化。

將盛滿碳物質的凍土解凍

毫無疑問,阿拉斯加是氣候變化影響的前沿,但對這個最後的邊疆(指阿拉斯加州)而言,與凍土層有關的問題並非獨一無二。在這第49個州發生的凍土問題也會影響到之前的所有48個州,乃至全球。

據羅曼諾夫斯基所說,如果全球平均氣溫上升2攝氏度,那麼阿拉斯加一半以及阿拉斯加州內陸90%面積的永凍土將全部融化。

由於大量的有機碳被封存在永久凍土層和覆蓋於其上的活動層中,這一點尤其令人擔憂。由於凍土中沒有足夠的熱量幫助微生物分解垂死的植被,凍土中積聚了幾千年來的有機物。一些人估計,永久凍土中的碳含量是大氣中二氧化碳的兩倍之多。

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Image caption 弗拉基米爾·羅曼諾夫斯基在阿拉斯加大學費爾班克斯分校的凍土實驗室工作(圖片來源: Anthony Rhoades)

"如果我們保持目前的行為方式不變,那麼可以肯定的是,到2100年,地表上層5米深度的一大部分永久凍土會解凍,連帶現在凍結在其中的所有有機物,"科羅拉多大學(University of Colorado)國家雪冰數據中心( National Snow and Ice Data Center)的科學家凱文·謝佛(Kevin Schaefer)說,"這意味著二氧化碳和甲烷的釋放,這將加劇化石燃料燃燒造成的氣候變暖。"

事實上,《自然》雜誌2012年發表的一份報告中,謝佛和他的合著者指出過去的那些突發變暖事件基本上是由大約5000萬年前南極洲永久凍土中釋放的二氧化碳和甲烷引起的。

而且預期的數據也不樂觀。"從理論上講如果這些碳釋放到大氣中,二氧化碳的含量會比現在[大氣中的]含量高三倍。"羅曼諾夫斯基說。

由於這將加重化石燃料燃燒而引起的氣候變暖,所以這是一個真正的循環反饋。儘管氣候變暖正在加速,但反饋效應卻是逐步顯現的,需要時間讓它變得更為明顯。"這是一個非常緩慢的反饋過程,"謝佛說,"想像一下用獨木舟槳來讓一艘蒸汽船轉向,這就是我們正在談論的反饋效應。"

不幸的是,一旦凍土開始融化,至少在我們的有生之年很難再把它們凍起來。此外,一旦腐敗的物質脫離地表進入大氣層,就沒那麼沒有容易再將碳捕捉回土壤裏。

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Image caption 在丹奈利國家公園保護區,氣候變暖已經開始影響到野生動物 (圖片來源: Anthony Rhoades)

"唯一的辦法就是降低全球溫度和並讓永凍土重新凍結,這將意味著需要從大氣中去除二氧化碳,"謝佛說。

氣候模型表明,巴黎氣候協定所規定的減緩全球變暖的現行政府間的合作承諾可能是不夠的,羅曼諾夫斯基解釋說。

在一篇2016年發表在《自然氣候變化》(Nature Climate Change)上的報告中,研究人員薩拉·查德博恩(Sarah Chadburn)和她的同事們估計,即使按照196個締約方在2015年所達成的協議,並且氣候最終穩定下來,"永久凍土區域最終將縮水40%以上"。

然而,隨著美國總統唐納德·特朗普去年六月宣佈退出巴黎氣候協定,可能會有更多的永久凍土消失。

相互指責的遊戲

阿拉斯加是一個政治上保守的州,所以局外人可能會覺得居民們會拒絶接受地球變暖的想法。真相其實更為複雜。

根據《阿拉斯加遞信報》(Alaska Dispatch News)今年早些時候對750名參與者所做的一項民意調查,超過70%的阿拉斯加人關注氣候變化的影響。

"在阿拉斯加,你問到的任何一個人都會說'是啊,確實在變暖',"羅曼諾夫斯基說,"越往北走,特別是往西北,那種感覺就越強烈。因為它正在發生,你可以看得到。當然,誰該對此負責取決於政治信仰。"

在丹奈利國家公園保護區(Denali National Park & Preserve),公園的護林員安娜·摩爾(Anna Moore)見證了氣候變暖在過去兩三年間對野生動物的影響。她注意到原本隨著季節的變化而在棕色和白色毛皮顏色之間切換的北極兔,由於氣溫上升,似乎趕不上季節的變化,實際上把自己置於危險境地。

"在冬季,他們的皮毛尖端會變白,"摩爾說,"隨著天氣變暖,雪融化得更快,但他們的身體早已適應了溫度變化的節奏,所以即使雪已經融化,他們還是披著白色的毛皮,更容易遭受掠食者的威脅。"

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Image caption 根據公園護林員的說法,隨著冰雪的融化,我們發現北極兔更難藏身(圖片來源: Getty Images)

摩爾說,儘管她相信氣候變化,並且正在觀察它對公園裏動植物的影響,她認為這是人類活動和自然循環的結果。

她的同事艾什莉·坦奇(Ashley Tench)也呼應了這種想法:"她關於部分人為和部分由於自然的觀點我也贊同。"為此,坦奇不相信美國退出巴黎氣候協定對氣候變化有什麼影響。

但並不是每個阿拉斯加人都是這種想法。比爾·博多恩(Bill Beaudoin),是一位現在費爾班克斯市經營民宿的退休潛艇水兵和教育家。他覺得很明顯,人類是罪魁禍首,我們應該努力扭轉我們行為的影響。

"我認為巴黎氣候協定是必要的,"他說,"事實上我認為這還不夠。有一個國家,尼加拉瓜,沒有簽署協議,因為他們認為協議不夠強。我在這一問題上可能會站在尼加拉瓜一邊。"

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Image caption "我認為巴黎氣候協定是必要的,事實上我認為這還不夠,"比爾·博多恩,阿拉斯加居民說到(圖片來源: Anthony Rhoades)

不管全球變暖導致的永凍土層解凍該責備誰,絶大多數阿拉斯加人都關切自己的未來。

"人們擔心,是因為還沒有關於永凍土層融化的保險,"羅曼諾夫斯基說,"(這裏的)保險不像加利福尼亞州的保險承保地震那樣,會承保永凍土融化導致的損失。"

回到金溪三號地點,羅曼諾夫斯基發現在50cm深處,土壤的溫度是零下0.04攝氏度(31.9華氏度)。而在一米深處,溫度為零下0.23攝氏度(31.5華氏度)。他最後一次檢查的數據是在3月份,一米深度測量的土壤溫度為零下1.1攝氏度(30華氏度)。

他拿著鏟子在地上挖了一個洞,看看泥土,檢查其中的碳。更深的土壤顏色表明有機碳的積聚越多。他挖得越深,土壤就越冷。羅曼諾夫斯基直挖到永凍土層,似乎已經挖不動的地方。

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Image caption 阿拉斯加大學費爾班克斯分校地球物理研究所的研究人員正在監測溫度的長期變化(圖片來源: Anthony Rhoades)

他再向下挖了一點,設法挖了一點凍土,大約有一枚硬幣那麼大。他用手指夾住幾秒鐘之後,凍土就像冰塊那樣融化了。他將挖出的泥土填回洞裏,將筆記本電腦與數據採集器斷開,關閉箱蓋,並覆蓋上樹枝,裝好背包離開現場。一周後,他將前往北方其他記錄溫度的地點,並將更多的數據添加到世界上最全面的永久凍土數據庫之一。

同時,一點點地,美國冰封的北方正在融化,接下來將發生什麼尚未可知。可以肯定的是,這場大解凍將永遠改變我們所熟悉的地表形態——很可能是整個星球還有它的居民。

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