悶燒中的北極：人類要如何面對環境浩劫
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。 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。」 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。 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。 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。」 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。 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。」 請訪問 BBC Future 閲讀 英文原文。