為什麼北極也在燃燒?
2019年09月05日08:09

  9月5日消息,我們知道北極正在融化,但其實,北極也在燃燒。那裡的野火可能會改變全球變暖的速度和範圍,影響到我們所有人。

西伯利亞的森林大火已經威脅到附近的定居點,濃煙和菸灰瀰漫著整片地區
西伯利亞的森林大火已經威脅到附近的定居點,濃煙和菸灰瀰漫著整片地區

  我們正在見證北極發生的變化:冰蓋正在融化,林木線正在向北移動,饑餓的北極熊跑到城市里遊蕩。由於氣候變化,北極地區變暖的速度是地球其他地區的兩倍,這主要是由於反照率的變化。反射陽光的冰雪在減少,取而代之的是吸收陽光的海洋和土壤。這就形成了一個危險的正反饋循環,即熱量不斷螺旋上升,帶來更多的熱量。

  現在,北極不僅失去了冰蓋,而且被點燃了。

在西伯利亞苔原帶,超過一百萬公頃的森林被大火吞噬,幾乎不可能通過滅火手段來控製這些野火
在西伯利亞苔原帶,超過一百萬公頃的森林被大火吞噬,幾乎不可能通過滅火手段來控製這些野火

  西伯利亞巨大的森林大火已經燃燒了三個多月,產生的菸灰組成了一片巨大的烏雲,範圍和整個歐盟的國家加起來一樣大。400多萬公頃的西伯利亞針葉林被大火吞噬,俄羅斯軍隊也被部署參與救火。濃煙不僅瀰漫了西伯利亞,還蔓延到了阿拉斯加和其他地方。此外,格陵蘭、阿拉斯加和加拿大的北部森林也發生了大火。

  儘管許多人對北極圈內發生熊熊大火的圖片感到震驚,但在美國蒙大拿大學的火災生態學家菲利普•伊格拉(Philip Higuera)看來,這並不令人意外,“這些都是我們幾十年來一直預測的事情,”他說。

火災使大量原本鎖在北極森林、落葉層和土壤中的碳釋放到大氣中
火災使大量原本鎖在北極森林、落葉層和土壤中的碳釋放到大氣中

  2016年,伊格拉的團隊基於複雜的計算機模型預測,到2100年時,北方森林和北極苔原的火災將增加四倍。他指出,一個關鍵的臨界點是30年期間7月份的平均氣溫達到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危險的臨界值,那裡變得對氣候變暖特別敏感。伊格拉認為,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很可能會不斷增加。

  “在環北極地區,我們得到的重要信息是,苔原的燃燒存在著不同的閾值,就像一個二元開關,”這種閾值關係是北極如此敏感的部分原因:某些地區在數年內一直保持在這個閾值以下,遠離我們的火災活動雷達,然後,突然之間,溫度的變化就會使其開始燃燒。

森林火災產生的煙霧可以蔓延到大片地區,甚至汙染其他大陸的空氣
森林火災產生的煙霧可以蔓延到大片地區,甚至汙染其他大陸的空氣

  火災是許多生態系統的自然組成部分,包括北極地區。大火能促進生物多樣性和營養循環。然而,在北極看到如此大規模的火災是前所未有的,也是極不尋常的。“這表明我們人類正在破壞這個系統,改變全球氣候對這個體系是一個非常大的衝擊。

  熱量的增加是火災爆發的部分原因,這會使土壤乾燥,並導致永久凍土融化。但也有更令人驚訝的原因,比如氣候變暖會導致更多的雷擊,從而引發更多的森林火災。

  緩慢燃燒

  “今年夏天的阿拉斯加十分炎熱,而且煙霧繚繞,在這樣的環境中工作,你可以切身感受到這片地區多處地點發生火災的影響,”伍茲霍爾研究中心的科學家說,“你還可以看到多年前發生的火災產生的長期影響。我們當時正在地面上行走,由於之前的火災導致凍土融化,地面正在坍塌。”伍茲霍爾研究中心是一個位於馬薩諸塞州的研究機構,主要從事氣候變化科學和解決方案的研究。

  如果說塌陷的永久凍土層還不夠讓人驚訝的話,今年夏天,還有更令人震驚的事情。

  大火正在影響北極地區的整個生態系統。空氣被汙染,局部乾旱,作為回應,新的植物和樹木組合也開始在意想不到的地方生長。去年的一份報告發現,由於北極地區的氣候變暖,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,原因是這些動物無法找到它們正常的食物來源——地衣。

  北極的大火對全球氣候也有巨大影響。北方森林和北極苔原覆蓋了全球陸地表面的33%,而且據估計,二者持有世界50%的土壤碳——比世界上所有植被中儲存的碳還要多,與大氣中的碳量相當。

  由於北極地區的氣候非常寒冷,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回到營養循環中。換句話說,如果森林被燒燬,凍土帶融化,大氣中碳的含量就會急劇增加,即使是全球最協調一致的減排努力也會付之東流。

  北極是一個巨大的全球冰箱,儲存著來自大氣的碳。現在就像固態土地變成一個大泥潭。多年來,北極地區的人們記錄了許多房屋傾斜和道路損毀的情況。

  如今我們看到的是,曾經堅實的土地正在燃燒。泥炭地的火災主要為無焰悶燃的形式,這種燃燒十分緩慢,大約以每週半米的速度穿過落葉層,而不是森林火災中每小時10公里的狂飆突進。

  這些是緩慢移動的火種,它們穿過苔蘚、樹葉生物質,以及其他所有落在森林地面上的東西。

  這些緩慢燃燒的火焰不僅比雷擊火焰更容易產生,而且能在寒冷和潮濕的環境中持續更長時間,因為泥炭中含有大量的可燃氣體——甲烷。隨著氣候變暖,北極地區的土壤和泥炭逐漸變干,使得發生火災的可能性迅速上升。

  在2015年的一篇研究論文中,這種悶燃的大火實際上對全球氣候造成了更大的威脅。它們燃燒的時間更長,因此能將熱量傳遞到更深的土壤和永久凍土中,總體上消耗的富碳燃料是普通火災的兩倍。

  不幸的是,你既不能派出一架裝滿水的轟炸機來滅火,也不能發射阻燃劑來應對這些大規模的悶燃事件。更令人不安的是,降雨的作用也很有限。你需要大量的降水才能把它們撲滅,但是如果只有中等降雨的話,往往伴隨著閃電,由於泥炭中富含甲烷,閃電會使其點燃,把一切炸飛,使情況變得更糟。

  從彙到源

  在一項新的研究中,原本通過光合作用從大氣中吸收二氧化碳,從而成為碳彙的北方森林,將通過逐漸乾燥和燃燒釋放它們的碳,最終轉變為碳源。換句話說,北方森林不僅沒有起到遏製氣候變化的作用,反而會極大地加劇全球變暖。

  並不是所有的土壤碳都會在森林大火中燃燒。隨著時間的推移,“遺留碳”在反複的火災後在土壤中積累。但隨著氣候變暖的情況加劇,北方森林大火的規模和嚴重程度將會增加,這些“遺留碳”將更有可能釋放到大氣中。

  真正糟糕的消息是,大火可以穿過地面,進入數千年前從大氣中吸收並累積下來的舊碳層,當10萬年前的碳被釋放回大氣時,這才是真正的正反饋。雖然偶爾的火災是北方森林的自然組成部分,但這並不是北極地區的常規特徵。然而,在未來,這種情況可能會變得司空見慣。

在森林大火之後,隨著幼苗在燒焦的土地上重新長出,北方森林中的落葉鬆、樺樹和針葉樹的平衡正在發生變化
在森林大火之後,隨著幼苗在燒焦的土地上重新長出,北方森林中的落葉鬆、樺樹和針葉樹的平衡正在發生變化

  如果說想像北極地區發生火災還不足以轉變你的思維模式,那麼在心理上更大的障礙或許是理解北極地區的大部分火災實際上發生在地下。

  研究阿拉斯加北方森林碳保護的科學家卡莉說:“更好地理解這些生態系統中究竟是什麼在燃燒——泥炭、淤泥和表層以下的土壤——將改變人們對北極毀滅性火災的理解。”卡莉是憂思科學家聯盟的一員,這是一個50年前創立的非盈利組織,目的是通過科學來改善人類和地球的健康。

  在地表下悶燒的地下火災能夠持續整個冬天,並在春季突然出現在完全意想不到的地方。有人將這種火災稱為“殭屍火災”,因為它們“既沒死也沒活”。

  融化的凍土、甲烷的釋放、乾燥的泥炭、正在消失的冰山、悶燃的“殭屍火災”,當然還有氣候變暖,所有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,蘇·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。她和同事們對西伯利亞的土地分片進行了不同程度的灼燒,然後觀察落葉鬆幼苗的生長情況。到2017年,在中度和高度焦化的土地上,落葉鬆幼苗的數量是其他地塊的五倍,這意味著在被森林大火夷為平地的土地上,新物種將會迅速增加。

  這可能意味著北極的景觀將從針葉林轉變到更像南方的落葉喬木。在北方森林地區,由於針葉林在火災後無法恢復,我們已經看到落葉林在整個景觀中大量生長,我們定義北方森林的標誌性結構可能正在改變。

  全球影響

  北極地區的劇烈變化將以不止一種方式影響整個地球。

  歐洲森林火災信息系統哥白尼大氣監測局的資深科學家馬克·帕林頓說:“這是一個全球性的問題:一個地區的火災會影響世界其他地區的空氣質量。”他們跟蹤監測了阿拉斯加的煙霧如何飄到五大湖地區;加拿大阿爾伯塔省的大火導致歐洲的天空變紅;從加拿大北極地區飄來的一股煙霧到達了歐洲北極地區;這樣的例子還有很多。

阿拉斯加夏季的大火正在對該地區的生態系統產生更廣泛的影響
阿拉斯加夏季的大火正在對該地區的生態系統產生更廣泛的影響

  帕林頓表示,我們需要觀察這些火災產生的黑色顆粒,即菸灰落回地面的位置,以瞭解它們對全球氣候的影響。如果菸灰沉積在雪地和冰蓋上,將會減少反照率,導致更多的陽光和熱量被吸收,從而加劇變暖。他指出,Cams的一些數據可以解決這個問題,但還遠遠不夠。

  除了更多的研究,我們還能做些什麼?我們有可能阻止這些大火蔓延嗎?我們不可能在未來阻止這樣的火災發生,這就像試圖阻止颶風。

  由於北極地區過於偏遠,而且幅員遼闊,缺乏基礎設施,因此即使是撲滅個別火災也極具挑戰性。不過專家表示,並非每一場火災都需要撲滅,相反,我們應該將注意力轉向別處。我們利用資金去撲滅北方的每一場火災,這是不可行的,我們能做的最重要的事情就是全面減緩氣候變化,而做到這一點的機會不是在15年或10年內,而是現在。(任天)

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