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即使在冬季,北極的某些地方也不再封凍

地球關注|2018-8-29 09:41

來源:國家地理中文網|382人參與|0評論

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獨家報道:即使在冬季,北極的某些地方也不再封凍

  Duvanny Yar位于西伯利亞北部科累馬河附近,是一處永久凍土層的巨型沉降滑坡帶。新研究顯示,美國阿拉斯加和俄羅斯位于北極圈內的某些土地可能不再封凍。這處持續移動的滑坡,受到侵蝕的驅動,因溫度升高而加速移動,是科學家們重點研究的場所。他們在此研究封凍幾百年的富碳土地開始解凍后,可能會產生的后果。

  攝影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  撰文:CRAIG WELCH

  攝影:KATIE ORLINSKY

  俄羅斯切爾斯基 訊

  尼基塔·齊莫夫(Nikita Zimov)在西伯利亞北部地區帶領學生們做生態學田野調查時,發現凍土的解凍速度可能遠超人們預期。

  與他的父親謝爾蓋·齊莫夫(Sergey Zimov)一樣,尼基塔也一直在運營一個科研站,密切關注著俄羅斯遠東地區的氣候變化。因此,當學生們在北極圈以北300多公里的青苔山崗、落葉松林中對土壤進行取樣后,尼基塔感覺有點不對頭。

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  謝爾蓋·齊莫夫帶著孫女在東北科研站(Northeast Science Station)附近測量永久凍土水平。謝爾蓋·齊莫夫建立的這個科研站,位于俄羅斯切爾斯基的科累馬河(Kolyma River)畔。距這里一個小時車程的地方,是更大型的更新世科研公園(Pleistocene Park),由他和兒子尼基塔共同運營。齊莫夫父子倆都認為,建立更新世時期的生態系統,能減緩永久凍土的融化。

  攝影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  4月份,尼基塔派出一隊工人,讓他們帶著重型鉆頭去核實情況。他們往下鉆了一米多的深度,結果發現了厚厚的稀泥巴。尼基塔說這種情況不可能發生。他居住的切爾斯基(Cherskiy)社區位于科累馬河邊,是地球上最寒冷的地方之一。即便在春末,地表以下的土地也應該凍得很堅硬。

  但是,今年是個例外。

  每年冬天,北極地區地面上層幾厘米甚至一米多的土壤和植物物質都會被凍住,直到次年夏天才解凍。在深約數百米的融凍層之下,是持久封凍的土壤,也叫永久凍土。在某些地方,永久凍土已經被凍結了上千年。

  不過,據齊莫夫父子說,今年,在某個氣溫能低到-40℃的地方,反常的大降雪就像一條毯子,將額外的熱量捂在了地下。他們發現,在地下76厘米處,以往在圣誕節前便已被凍住的土壤,在今年的整個冬天都是一種潮濕的糊狀。在他們的記憶里,這是北極永久凍土層之上的土壤第一次在冬天沒有被封凍。

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  從俄羅斯切爾斯基東北科研站附近的空中往下看,可以看到地下冰楔每年重復上凍、解凍而形成的多邊形。

  攝影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  美國馬薩諸塞州伍茲霍爾研究中心(Woods Hole Research Center)的北極科學家Max Holmes說:“這真是太令人震驚了。”

  這一發現尚未經過同行評審,也未發表,只代表一個地點一個年份的有限數據。但是,這個地區附近的一位科學家和大洋彼岸的另一位科學家,他們的的測量數據似乎也能支持齊莫夫父子的發現。一些北極專家都在思索這樣一個憂心的問題:在北極某些最寒冷、碳含量最高的地區,永久凍土的解凍是否會比許多人預想的早幾十年,從而釋放出其中蘊含的溫室氣體,加速人類引發的氣候變化?

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  尼基塔·齊莫夫在湖中放出甲烷氣泡,這個湖據說正在因為凍土層的解凍而逐漸變大。

  攝影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  過去的4年里,已經連續3年打破了地球上有記錄以來最高的溫度,而2018年也即將成為第4年。兩極地區也確實在加快變暖。比如,剛剛過去的7月份里,北極圈以北480公里的挪威境內,竟有多地的氣溫達到32℃。如果大量永久凍土提早開始解凍,一切只會變得更糟。

  美國北亞利桑那大學的永久凍土專家TED Schuur說:“這是個大事。在永久凍土地區,這是一個重要的里程碑事件,因為大氣層中類似趨勢的碳含量已經達到了400ppm。”

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  夏季來臨,俄羅斯切爾斯基隨處可見狐尾草、火龍草和木棉花。這座小鎮完全建在永久凍土之上。大樓建在水泥柱子上,柱子上的管道伸出地面,抵消永久凍土融化造成的地勢變化。

  攝影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  跨過臨界值

  北半球有將近四分之一的陸地都位于永久凍土層之上。這片冰凍土地和植被中的碳總量,是大氣層中碳含量的兩倍多。

  隨著化石燃料的燃燒,地球逐漸變暖,這片土地也將解凍,微生物開始消耗其中埋藏的有機物,釋放出二氧化碳和甲烷,而甲烷的溫室效應是二氧化碳的25倍。

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  北極地區永久凍土的溫度起碼從上世紀70年代起就一直在升高。升高的幅度之大,已經導致許多地區開始出現小規模的解凍現象。不過,大部分凍土還是處在能封凍、解凍的融凍層之下。

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  科累馬河的北冰洋入海口附近,苔原草上沾滿了露水。

  攝影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  如今,已有跡象顯示,每年一度的封凍可能也會發生急劇變化。

  在齊莫夫父子開始鉆探的地方下游18公里處,德國馬克斯·普朗克生物地球化學研究所的Mathias Goeckede每年夏天都會花上數周時間,踩著搖搖晃晃的木板路,穿過西伯利亞海綿狀的土地,去追蹤調查地球和大氣層之間的碳交換。

  他的測量結果顯示,那里的積雪厚度在五年內幾乎翻了倍。當過量的積雪捂在地面,地表下的熱量可能在冬季就無法散出。Goeckede所研究地點的鉆孔似乎也捕捉到了這一現象:4月份,地表下33厘米處的溫度,與五年內的同一時段相比,升高了約5.5℃。

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  俄羅斯巴塔蓋鎮附近的巴塔蓋卡巨坑(Batagaika Crater),被人稱作“地獄巨坑”或“地獄之門”。這個巨坑深約91米,長800多米,是世界上最大的沉降洼地之一。科學家認為,20世紀60年代,附近的森林遭砍伐之后,該區域下方的永久凍土開始解凍,于是形成了這個巨坑。

  攝影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  Goeckede說:“這只是一個地點,而且只有5年時間,因此,這只是一個個例。但是,如果你假設這是一個發展趨勢,那就值得警醒了。”

  數千里之外的Vladimir Romanovsky也看到了類似的情況。他是阿拉斯加大學的永久凍土專家,他管理著北美一些最廣泛的永久凍土監測點,這些監測點詳細的記錄可以追溯到25年前,有時甚至更長。

  他說:“2014年之前的所有年份里,融凍層的完全封凍都發生在1月中旬。從2014年起,封凍日期延后到了2月末甚至3月。”

  去年冬季,費爾班克斯同樣經歷了極大的降雪。在他的兩個觀測地點,融凍層是記錄以來首次沒有上凍。

  “這是一個非常重要的臨界點。”他補充道。

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  在巴塔蓋卡巨坑周邊,可以近距離地看到永久凍土層。

  攝影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  不同的聲音

  當然,北極天氣的多變也是出了名的。某些地區多年的積雪,可能很快就因連年干旱而消失。

  一些科學家對齊莫夫父子的研究頗有意見,認為這些研究并不像西方研究者們所習慣的那樣嚴格。齊莫夫父子的發現并沒有包括溫度數據,也無法指向長期記錄。他們所觀測的許多地點還受到人類活動和非本地動物的干擾,這都可能會使土壤更容易升溫。

  阿拉斯加大學的冰雪專家Matt Sturm認為:“在屈指可數的幾個地方打幾個洞,算不上嚴格的科學。”

  勞倫斯伯克利國家實驗室的永久凍土專家Charles Koven也分析了爭議的原因,并提出需要更多研究。他說:“在不了解這些地點更多歷史的前提下,我也不知道該怎么認為。另一方面,如果真的有警示跡象,我們也不該忽視。”

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  科學家謝爾蓋·齊莫夫在離家100多公里的研究站旁,眺望著遠處的北冰洋。他用手中的金屬棍快速測量凍土層的深度。

  攝影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  此外,與Romanovsky和Goeckede這類慎重而有條理的研究者相比,謝爾蓋·齊莫夫更像是篤信災變論的哲學家,更傾向于悲觀預測和故作姿態。他和兒子都住在更新世公園附近。這個公園里生活著很多引進的大型哺乳動物,比如野牛、牦牛和馬。它們都是一場模擬遼闊干草原生態系統(12000年前消亡)試驗的一部分,旨在試驗永久凍土會有何種變化。

  但與此同時,謝爾蓋·齊莫夫還與他人一道,率先證明了西伯利亞存在大量含碳量異常豐富的永久凍土層。他在切爾斯基工作了40多年,深受許多學者的尊敬。

  阿拉斯加大學的副教授Katey Walter Anthony致力于研究北極湖泊中的甲烷。他說:“他(謝爾蓋)對那片地貌了若指掌,極少犯錯。對他而言,過程顯然是更重要的。”

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  俄羅斯切爾斯基的冰窖墻上長出的霜花。幾千年來,這里的居民都會在永久凍土里挖冰窖。最近,一些人發現,冰窖中出現了積水,原因則是永久凍土融解。

  攝影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  Romanovsky也認識齊莫夫父子。他認為,盡管他也希望他們的工作中能包含溫度數據,但探察冰凍深度仍是一種合理的方式。他說:“那種方式仍然很有說服力。對我而言,只是意味著說服力并非100%而已。”

  Romanovsky和齊莫夫父子的發現所代表的地域到底有普遍,目前還不得而知。他們的研究只是小樣本。

  但Romanovsky說,他的研究地點之所以選在那里,是因為它們能較好地代表阿拉斯加中部地區。

  他說:“因此,我們推斷,阿拉斯加腹地的大片區域在去年冬季并沒有封凍。”

  即便那些對有限數據感到不爽的科學家們也說,這么重大的事情發生得如此之快,讓他們也不得不停下來思索一番。

  美國馬薩諸塞州伍茲霍爾研究中心的另一位永久凍土專家Sue Natali在阿拉斯加育空地區的研究中,也發現了一處融凍層并未重新封凍的現象。他說:“這很令人不安。當我們遇到那些研究這類現象的專家畢生都未曾遇到的事物時,我們就應該開始關注這類現象。”

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  大多永久凍土仍處于封凍狀態。但是,在西伯利亞北部和北極的其它幾個地方,永久凍土瀕臨融解的速度比預想的要快得多,有可能會釋放出大量的二氧化碳和甲烷。

  攝影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  加速循環

  這件事的風險很大。如果一個地區的融凍層持續地停止封凍,后果很快便會顯現。一旦融凍層不能封凍,其中的土壤微生物就開始分解有機物,全年不斷地釋放出溫室氣體,而不再僅限于夏季。融凍層下方的永久凍土層會因此接觸更多熱量,于是,永久凍土層也開始解凍并釋放氣體。

  在西伯利亞等地,土壤中含有大量的冰,土地就會因此發生沉降。道路和建筑會歪曲,冰窖則會發生坍塌。此類沉降還會使地面形成低洼,并存貯更多積雪,從而使地面在冬季的溫度更高。這類低洼處能存貯雨水或冰雪融水,形成濕地和凍原湖泊,從而釋放出大量的甲烷。

  而這些水的上下運動,會傳輸大量的熱,進一步加速凍土解凍。永久凍土的崩塌開始“自給自足”,釋放更多溫室氣體,并產生更多熱量。

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  巴塔蓋卡巨坑是為數不多的、能近距離看到永久凍土墻的地方之一。科學家們研究此地,以獲取北極氣候變化的線索,研究它對地球其它地方可能產生的影響。

  攝影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  誰也不想讓永久凍土把蘊含的所有碳都釋放出來。多數模型顯示,即便在人類排放量很高的情況下,永久凍土最多也只會釋放出10%到20%的碳。

  但是,《國家地理采訪的十幾位北極氣候科學家都認為,今年的融凍層數據凸顯了全球氣候模型的局限性。那些被政府決策者采用并用以預測未來氣候狀況的復雜計算機程序,其實并不能預測永久凍土的重大變化。

  “當我們進行模擬時,有很多進程是模型無法涵蓋的,而這些進程會使熱傳導加速。保險地說,事態發展速度比我們預想的要快。”加拿大蒙特利爾大學的地理學副教授Daniel Fortier說道。

  舉個例子,長期以來,科學家們都知道,海冰消失和溫度升高會導致北極降雪增多,這也是氣候模型中能夠涵蓋的。但是,當他們試圖追蹤不同土壤類型中的階式滲透、地表植被、融雪、水流等因素時,相同模型的可靠性卻大大降低,而這些因素都來自于溫度升高和降雪,都會大幅加快永久凍土的解凍。

  “這些模型無法計算地貌級別的變化,以及所有會引發急劇變化的進程。想要計算這些因素,還有很長的路要走。”美國國家大氣研究中心的永久凍土建模師David Lawrence說道。

  他說,等到檢測到某些變化的時候,實際上可能已經發生了重大的轉變。這意味著,公眾和決策者們可能無法獲知真正的風險。

  Walter Anthony說:“大多數模型并不能預測2100年之后大規模的碳釋放。”不過,她說,碳釋放有可能“就發生在我們孩子的有生之年,或者我的有生之年。”

  (譯者:Mike-gao)

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  • 行者物語 責任編輯:語燃
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