悶燒中的北極:人類要如何面對環境浩劫

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北極就在我們眼前發生著變化:冰蓋正在融化,林木線向北移動,饑餓的北極熊在城市裏遊蕩。由於氣候變化,該地區變暖的速度是其它地區的兩倍。這主要是由於陽光反射率的變化——反射陽光的冰雪減少,取而代之的是吸收光照熱量的海面和土壤。這就形成了一種正向循環機制,即熱量螺旋上升,造成更多熱量累積。這個現象十分危險。

現在,北極不僅冰雪漸融,它還出現了野火。

西伯利亞大規模的森林火災持續了三個多月,產生的煙塵雲霾面積相當於整個歐盟。400多萬公頃針葉林被大火吞噬,俄羅斯軍隊前往救災。整個地區的人們都被濃煙嗆得透不過氣來,濃煙蔓延到了阿拉斯加乃至其它地方。就連格陵蘭、阿拉斯加和加拿大的北方森林也發生了大火。

儘管北極圈內熊熊大火的圖片可能會讓很多人感到震驚,但美國蒙大拿大學(University of Montana)火災生態學家伊格拉(Philip Higuera)認為,這並不令人意外。

「我並不感到意外——這些都是我們幾十年來一直預測會發生的事情,」他說。

2016年,伊格拉團隊便基於複雜的計算機模型預測到2100年北方森林和北極苔原的火災將增加四倍。

他說,一個關鍵的臨界點是30年來7月份的平均氣溫為13.4攝氏度。在1971年到2000年之間,阿拉斯加的大部分凍土帶已經接近這一臨界值,因此對氣候變暖尤其敏感。伊格拉說,隨著未來幾十年氣候繼續變暖,接近或超過這個臨界點的地區數量可能會增加。

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Image caption 在西伯利亞凍土帶上,大規模的森林大火威脅著附近的居民區,該地區被濃煙和灰塵所籠罩(Credit: Getty Images)

伊格拉說;「在北極圈地區,我們得到的重要信息是,在你開始看到苔原燃燒的時候,會有不同的閾值,就像一個二元開關。這種閾值關係是北極對氣溫如此敏感的部分原因:在數年內該地區保持在這個閾值以下,在我們的火災警戒線之下;然後,隨著溫度的變化,它突然開始燃燒。」

儘管火災是整個生態系統的自然組成現象,包括在遙遠的北方——它們促進生物多樣性和營養循環,但北極發生如此大規模的火災是前所未有的,也是極不尋常的。

伊格拉說:「這表明我們人類正在干擾這個系統。改變全球氣候對生態系統是非常大的衝擊。」

火災爆發的部分原因是累積的熱量使土壤乾燥,並使永久凍土融化。但也有更令人驚訝的原因,比如氣候變暖導致更多的雷擊,引發更多的森林火災。

緩慢燃燒

「在阿拉斯加今夏炎熱和煙霧繚繞的環境中做實地考察,你可以感受到不同地方受火災的影響。」娜塔莉(Sue Natali)說。娜塔莉是伍茲霍爾研究中心(Woods Hole Research Center)的副研究員。這家機構位於馬薩諸塞州,專門研究氣候變化和解決方案。「你還可以看到多年前發生的火災所造成的長期影響。由於之前的火災導致凍土融化,我們正在行走的地面發生了坍塌。」

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Image caption 在西伯利亞凍土帶,有超過100萬公頃的森林被大火吞噬,通過滅火來控制災情幾乎是不可能的(Credit: Getty Images)

如果說燒焦的永久凍土還不算什麼,今年夏天她看到了更令人震驚的事情。

「我在一個被燒燬的濕地工作,」娜塔莉說。

大火正影響整個北部的生態系統。空氣被污染,地方性的乾旱;而生態系統的一個反應是,在意想不到的地方,植被和樹木的新組合正在生長。例如,去年的一份報告發現,北極地區氣候變暖,以及隨之而來的植被變化,已經導致北美馴鹿的數量銳減了一半,原因是無法找到正常的食物來源——苔蘚地衣。

北極大火對全球氣候也有巨大影響。北方森林和北極苔原佔全球陸地表面的33%,並保有全球土壤碳含量的50%左右,比地球所有植被中儲存的碳還要多,其大小與大氣中的碳含量相當。

因為北方氣候非常寒冷,微生物的生長和分解速度比熱帶要慢得多,所以碳被儲存在永久凍土層中,而不是通過植被生長返回到營養循環中。

換句話說,如果森林被燒燬,凍土帶融化,我們大氣中碳的含量就會急劇增加,即使是全球最齊心協力的減少碳排放的努力也會無濟於事。

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Image caption 大量的碳原本被鎖在北極森林的樹木、落葉層和土壤中,如今通過火災釋放到大氣中(Credit: Getty Images)

加拿大安大略省圭爾夫大學(University of Guelph)的生物學家圖雷斯基(Merritt Turetsky)解釋說:「北方相當於全球的一個巨大冰箱,儲存著來自大氣的碳。」她專門研究永久凍土層是如何融化的。正如她所描述的,固態土地變成一坨「大湯團」。多年來,北方地區一直在發生房屋傾斜和道路坍塌。

現在,我們看到曾經堅實的土地正在燃燒。泥炭地的火災的特點主要是無焰悶燒,這種燃燒在地表的落葉淤積層蔓延開來,速度緩慢,大約每周半米,而不是像森林火災每小時10公里的速度。

「不是竄上樹的那種火焰,」圖雷斯基說。「這些是緩慢移動的無焰之火,它們穿過苔蘚、樹葉淤泥和其他所有沉積在森林淺層地表的東西。」

這些火不僅比雷擊更容易被引燃,而且在寒冷和潮濕的環境中能持續更長時間,這主要是因為泥炭中含有大量的可燃氣體甲烷。隨著氣候變暖,北方的土壤和泥炭變幹,潛在的火災便更有可能發生。

在2015年的一篇論文中,圖雷斯基解釋了悶燒的火災如何對全球氣候造成更大威脅。它們燃燒的時間要長得多,因此能將熱量更深地傳遞到土壤和永久凍土中,總體上消耗的含碳燃料是普通火災的兩倍。

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Image caption 森林火災產生的煙霧可以蔓延到廣闊地區,甚至污染其他大陸的空氣(Credit: Getty Images)

「不幸的是,你根本沒有辦法派出一架滅火飛機,裝滿水或滅火劑,來撲滅火災——滅火專家現有的工具只能應對這些大規模的明火火災,對付悶燒火災根本無效,」圖雷斯基說。

更令人不安的是,降雨對於滅火也無助益。

她說:「你需要大量的降水才能把火撲滅,但是如果雨量僅僅適中,根本無益。而且那往往伴隨著閃電,引爆泥炭中的甲烷,會把東西炸飛,情況變得更糟。」

沉在地底的碳源

在一項新的研究中,圖雷斯基和她的同伴認為,北方森林通過光合作用從大氣中吸收碳,並形成碳沉積,再通過乾燥和燃燒釋放碳,從而成為碳源。

換句話說,北方森林不僅沒有起到遏制氣候暖化的作用,引發的火災反而會極大地加劇全球變暖。

並不是所有的土壤碳都能在森林大火中燃燒。隨著時間的推移,在反覆的火災後「遺留碳」在土壤中積累。但在氣候變暖的情況下,北方森林大火的規模和程度增加,這種「遺留碳」被釋放到大氣中的可能性也在增加。

圖雷斯基解釋說:「真正的壞消息是,大火可以穿透地表,深入數千年前從大氣層轉化至地下的舊碳層。10萬年前的碳被釋放回大氣,這才是真正的正向反饋和加速循環。雖然偶爾的火災是北方森林的自然調節機制,但這並不是北極地區的常規特徵。它可能會在未來發生,人類正在加劇這種可能。」

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Image caption 森林大火之後,幼苗在燒焦的土地上生長,重新造林;北極附近的森林中,落葉松、樺樹和針葉樹的平衡正在發生變化(Credit: Getty Images)

如果說,想像北極地區都可以發生火災,還不足以帶來思維的轉變,那麼更大的心理突破,是要理解北極地區的大部分火災實際上是在地下發生的。

阿拉斯加關注北方森林科學家聯盟(Alaska's Boreal Forests at the Union of Concerned Scientists)的肯德爾碳保護研究員(Kendall Fellow for Protecting Carbon)菲利浦(Carly Philips)說:「更好的是要理解,是生態系統中什麼物質著了火——泥炭、淤泥和土壤表層下的物質在燃燒,可能改變人們對北極火災的理解。」該聯盟是一個50年前創立非盈利的機構,旨在利用科學改善人類健康和保護地球。

這些火災在地表下悶燒,能夠持續整個冬天,並在春季突然出現在完全意想不到的地方。因此它們的綽號是「殭屍火災」。他們既不明顯,卻也沒有熄滅。

這些因素疊加在一起,融化的凍土、甲烷的釋放、乾燥的泥炭、正在消失的冰層、悄無聲息的悶燒火災,當然還有氣候變暖,這些因素綜合在一起,使北極發生了前所未有的巨大變化。

在2018年的一項研究中,伍茲霍爾的娜塔莉描述了2012年至2016年在西伯利亞進行的一項實地實驗。她和同事們在西伯利亞不同程度地燒灼一片片土地,等待觀察落葉松幼苗生長的難易程度。到2017年,在中度和高度焦化的土地上,落葉松幼苗的數量是其它地塊的五倍,這意味著在被森林大火夷為平地的土地上,新物種將會越來越多。

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Image caption 阿拉斯加夏季的大火正在對該地區更廣泛的生態系統產生影響(Credit: Philip Higuera)

這可能意味著北極的景觀從針葉林轉變為更低緯度常見的落葉喬木。

圖雷斯基說:「在北方地區,由於針葉林在火災後無法恢復,我們已經看到落葉林在那裏大量生長。定義裏北方標誌性的生態結構可能正在改變。」

全球影響

寒帶和北極地區的劇烈變化,將以不止一種方式影響整個地球。

「這是一個全球性的問題:一個地區的火災會影響世界其它地區的空氣質量,」歐洲森林火災信息系統(European Forest Fire Information System)哥白尼大氣監測局(Copernicus Atmosphere Monitoring Service)的資深科學家帕林頓(Mark Parrington)說。他們的監測跟蹤了從阿拉斯加到五大湖的煙塵雲團;阿爾伯塔省的大火導致歐洲天空發紅;加拿大北極圈飄來的煙霧到達歐洲的北極地區,甚至更遠。

帕林頓說,我們需要觀察這些火災產生的黑色顆粒,即碳灰,落回地球的位置,以了解它們對全球氣候的影響。如果它們沉積在冰雪上,將減少反照率,導致更多的陽光和熱量被吸收,加速全球變暖。他說,哥白尼大氣監測局有一些數據是關於這個問題的,但迫切需要更多數據。

除了做更多的研究,我們還能做些什麼?有可能阻止這些火災蔓延嗎?很多人並不樂觀,伊格拉就是其中之一。他說:「我們不可能在未來阻止這樣的火災發生。這就像我們無法阻止颶風來襲。」

由於該地區偏遠,幅員遼闊,缺乏基礎設施,即使撲滅零星火災都極其困難。但專家表示,並非每一場火災都應該被撲滅;取而代之的是,我們需要將解決問題的焦點轉向別處。

圖雷斯基說:「消耗資金去撲滅北方的每一場火災,這並非有效方法,也不可行。我們能做的最重要的事情是全面減緩氣候變化,不是10年或15年後才開始做。」

「而是現在就開始做。」

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