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即使在冬季,北极的某些地方也不再封冻

地球关注|2018-8-29 09:41

来源:国家地理中文网|246人参与|0评论

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独家报道:即使在冬季,北极的某些地方也不再封冻

  Duvanny Yar位于西伯利亚北部科累马河附近,是一处永久冻土层的巨型沉降滑坡带。新研究显示,美国阿拉斯加和俄罗斯位于北极圈内的某些土地可能不再封冻。这处持续移动的滑坡,受到侵蚀的驱动,因温度升高而加速移动,是科学家们重点研究的场所。他们在此研究封冻几百年的富碳土地开始解冻后,可能会产生的后果。

  摄影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  撰文:CRAIG WELCH

  摄影:KATIE ORLINSKY

  俄罗斯切尔斯基 讯

  尼基塔·齐莫夫(Nikita Zimov)在西伯利亚北部地区带领学生们做生态学田野调查时,发现冻土的解冻速度可能远超人们预期。

  与他的父亲谢尔盖·齐莫夫(Sergey Zimov)一样,尼基塔也一直在运营一个科研站,密切关注着俄罗斯远东地区的气候变化。因此,当学生们在北极圈以北300多公里的青苔山岗、落叶松林中对土壤进行取样后,尼基塔感觉有点不对头。

独家报道:即使在冬季,北极的某些地方也不再封冻

  谢尔盖·齐莫夫带着孙女在东北科研站(Northeast Science Station)附近测量永久冻土水平。谢尔盖·齐莫夫建立的这个科研站,位于俄罗斯切尔斯基的科累马河(Kolyma River)畔。距这里一个小时车程的地方,是更大型的更新世科研公园(Pleistocene Park),由他和儿子尼基塔共同运营。齐莫夫父子俩都认为,建立更新世时期的生态系统,能减缓永久冻土的融化。

  摄影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  4月份,尼基塔派出一队工人,让他们带着重型钻头去核实情况。他们往下钻了一米多的深度,结果发现了厚厚的稀泥巴。尼基塔说这种情况不可能发生。他居住的切尔斯基(Cherskiy)社区位于科累马河边,是地球上最寒冷的地方之一。即便在春末,地表以下的土地也应该冻得很坚硬。

  但是,今年是个例外。

  每年冬天,北极地区地面上层几厘米甚至一米多的土壤和植物物质都会被冻住,直到次年夏天才解冻。在深约数百米的融冻层之下,是持久封冻的土壤,也叫永久冻土。在某些地方,永久冻土已经被冻结了上千年。

  不过,据齐莫夫父子说,今年,在某个气温能低到-40℃的地方,反常的大降雪就像一条毯子,将额外的热量捂在了地下。他们发现,在地下76厘米处,以往在圣诞节前便已被冻住的土壤,在今年的整个冬天都是一种潮湿的糊状。在他们的记忆里,这是北极永久冻土层之上的土壤第一次在冬天没有被封冻。

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  从俄罗斯切尔斯基东北科研站附近的空中往下看,可以看到地下冰楔每年重复上冻、解冻而形成的多边形。

  摄影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  美国马萨诸塞州伍兹霍尔研究中心(Woods Hole Research Center)的北极科学家Max Holmes说:“这真是太令人震惊了。”

  这一发现尚未经过同行评审,也未发表,只代表一个地点一个年份的有限数据。但是,这个地区附近的一位科学家和大洋彼岸的另一位科学家,他们的的测量数据似乎也能支持齐莫夫父子的发现。一些北极专家都在思索这样一个忧心的问题:在北极某些最寒冷、碳含量最高的地区,永久冻土的解冻是否会比许多人预想的早几十年,从而释放出其中蕴含的温室气体,加速人类引发的气候变化?

独家报道:即使在冬季,北极的某些地方也不再封冻

  尼基塔·齐莫夫在湖中放出甲烷气泡,这个湖据说正在因为冻土层的解冻而逐渐变大。

  摄影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  过去的4年里,已经连续3年打破了地球上有记录以来最高的温度,而2018年也即将成为第4年。两极地区也确实在加快变暖。比如,刚刚过去的7月份里,北极圈以北480公里的挪威境内,竟有多地的气温达到32℃。如果大量永久冻土提早开始解冻,一切只会变得更糟。

  美国北亚利桑那大学的永久冻土专家TED Schuur说:“这是个大事。在永久冻土地区,这是一个重要的里程碑事件,因为大气层中类似趋势的碳含量已经达到了400ppm。”

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  夏季来临,俄罗斯切尔斯基随处可见狐尾草、火龙草和木棉花。这座小镇完全建在永久冻土之上。大楼建在水泥柱子上,柱子上的管道伸出地面,抵消永久冻土融化造成的地势变化。

  摄影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  跨过临界值

  北半球有将近四分之一的陆地都位于永久冻土层之上。这片冰冻土地和植被中的碳总量,是大气层中碳含量的两倍多。

  随着化石燃料的燃烧,地球逐渐变暖,这片土地也将解冻,微生物开始消耗其中埋藏的有机物,释放出二氧化碳和甲烷,而甲烷的温室效应是二氧化碳的25倍。

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  北极地区永久冻土的温度起码从上世纪70年代起就一直在升高。升高的幅度之大,已经导致许多地区开始出现小规模的解冻现象。不过,大部分冻土还是处在能封冻、解冻的融冻层之下。

独家报道:即使在冬季,北极的某些地方也不再封冻

  科累马河的北冰洋入海口附近,苔原草上沾满了露水。

  摄影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  如今,已有迹象显示,每年一度的封冻可能也会发生急剧变化。

  在齐莫夫父子开始钻探的地方下游18公里处,德国马克斯·普朗克生物地球化学研究所的Mathias Goeckede每年夏天都会花上数周时间,踩着摇摇晃晃的木板路,穿过西伯利亚海绵状的土地,去追踪调查地球和大气层之间的碳交换。

  他的测量结果显示,那里的积雪厚度在五年内几乎翻了倍。当过量的积雪捂在地面,地表下的热量可能在冬季就无法散出。Goeckede所研究地点的钻孔似乎也捕捉到了这一现象:4月份,地表下33厘米处的温度,与五年内的同一时段相比,升高了约5.5℃。

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  俄罗斯巴塔盖镇附近的巴塔盖卡巨坑(Batagaika Crater),被人称作“地狱巨坑”或“地狱之门”。这个巨坑深约91米,长800多米,是世界上最大的沉降洼地之一。科学家认为,20世纪60年代,附近的森林遭砍伐之后,该区域下方的永久冻土开始解冻,于是形成了这个巨坑。

  摄影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  Goeckede说:“这只是一个地点,而且只有5年时间,因此,这只是一个个例。但是,如果你假设这是一个发展趋势,那就值得警醒了。”

  数千里之外的Vladimir Romanovsky也看到了类似的情况。他是阿拉斯加大学的永久冻土专家,他管理着北美一些最广泛的永久冻土监测点,这些监测点详细的记录可以追溯到25年前,有时甚至更长。

  他说:“2014年之前的所有年份里,融冻层的完全封冻都发生在1月中旬。从2014年起,封冻日期延后到了2月末甚至3月。”

  去年冬季,费尔班克斯同样经历了极大的降雪。在他的两个观测地点,融冻层是记录以来首次没有上冻。

  “这是一个非常重要的临界点。”他补充道。

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  在巴塔盖卡巨坑周边,可以近距离地看到永久冻土层。

  摄影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  不同的声音

  当然,北极天气的多变也是出了名的。某些地区多年的积雪,可能很快就因连年干旱而消失。

  一些科学家对齐莫夫父子的研究颇有意见,认为这些研究并不像西方研究者们所习惯的那样严格。齐莫夫父子的发现并没有包括温度数据,也无法指向长期记录。他们所观测的许多地点还受到人类活动和非本地动物的干扰,这都可能会使土壤更容易升温。

  阿拉斯加大学的冰雪专家Matt Sturm认为:“在屈指可数的几个地方打几个洞,算不上严格的科学。”

  劳伦斯伯克利国家实验室的永久冻土专家Charles Koven也分析了争议的原因,并提出需要更多研究。他说:“在不了解这些地点更多历史的前提下,我也不知道该怎么认为。另一方面,如果真的有警示迹象,我们也不该忽视。”

独家报道:即使在冬季,北极的某些地方也不再封冻

  科学家谢尔盖·齐莫夫在离家100多公里的研究站旁,眺望着远处的北冰洋。他用手中的金属棍快速测量冻土层的深度。

  摄影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  此外,与Romanovsky和Goeckede这类慎重而有条理的研究者相比,谢尔盖·齐莫夫更像是笃信灾变论的哲学家,更倾向于悲观预测和故作姿态。他和儿子都住在更新世公园附近。这个公园里生活着很多引进的大型哺乳动物,比如野牛、牦牛和马。它们都是一场模拟辽阔干草原生态系统(12000年前消亡)试验的一部分,旨在试验永久冻土会有何种变化。

  但与此同时,谢尔盖·齐莫夫还与他人一道,率先证明了西伯利亚存在大量含碳量异常丰富的永久冻土层。他在切尔斯基工作了40多年,深受许多学者的尊敬。

  阿拉斯加大学的副教授Katey Walter Anthony致力于研究北极湖泊中的甲烷。他说:“他(谢尔盖)对那片地貌了若指掌,极少犯错。对他而言,过程显然是更重要的。”

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  俄罗斯切尔斯基的冰窖墙上长出的霜花。几千年来,这里的居民都会在永久冻土里挖冰窖。最近,一些人发现,冰窖中出现了积水,原因则是永久冻土融解。

  摄影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  Romanovsky也认识齐莫夫父子。他认为,尽管他也希望他们的工作中能包含温度数据,但探察冰冻深度仍是一种合理的方式。他说:“那种方式仍然很有说服力。对我而言,只是意味着说服力并非100%而已。”

  Romanovsky和齐莫夫父子的发现所代表的地域到底有普遍,目前还不得而知。他们的研究只是小样本。

  但Romanovsky说,他的研究地点之所以选在那里,是因为它们能较好地代表阿拉斯加中部地区。

  他说:“因此,我们推断,阿拉斯加腹地的大片区域在去年冬季并没有封冻。”

  即便那些对有限数据感到不爽的科学家们也说,这么重大的事情发生得如此之快,让他们也不得不停下来思索一番。

  美国马萨诸塞州伍兹霍尔研究中心的另一位永久冻土专家Sue Natali在阿拉斯加育空地区的研究中,也发现了一处融冻层并未重新封冻的现象。他说:“这很令人不安。当我们遇到那些研究这类现象的专家毕生都未曾遇到的事物时,我们就应该开始关注这类现象。”

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  大多永久冻土仍处于封冻状态。但是,在西伯利亚北部和北极的其它几个地方,永久冻土濒临融解的速度比预想的要快得多,有可能会释放出大量的二氧化碳和甲烷。

  摄影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  加速循环

  这件事的风险很大。如果一个地区的融冻层持续地停止封冻,后果很快便会显现。一旦融冻层不能封冻,其中的土壤微生物就开始分解有机物,全年不断地释放出温室气体,而不再仅限于夏季。融冻层下方的永久冻土层会因此接触更多热量,于是,永久冻土层也开始解冻并释放气体。

  在西伯利亚等地,土壤中含有大量的冰,土地就会因此发生沉降。道路和建筑会歪曲,冰窖则会发生坍塌。此类沉降还会使地面形成低洼,并存贮更多积雪,从而使地面在冬季的温度更高。这类低洼处能存贮雨水或冰雪融水,形成湿地和冻原湖泊,从而释放出大量的甲烷。

  而这些水的上下运动,会传输大量的热,进一步加速冻土解冻。永久冻土的崩塌开始“自给自足”,释放更多温室气体,并产生更多热量。

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  巴塔盖卡巨坑是为数不多的、能近距离看到永久冻土墙的地方之一。科学家们研究此地,以获取北极气候变化的线索,研究它对地球其它地方可能产生的影响。

  摄影:KATIE ORLINSKY, NATIONAL GEOGRAPHIC

  谁也不想让永久冻土把蕴含的所有碳都释放出来。多数模型显示,即便在人类排放量很高的情况下,永久冻土最多也只会释放出10%到20%的碳。

  但是,《国家地理采访的十几位北极气候科学家都认为,今年的融冻层数据凸显了全球气候模型的局限性。那些被政府决策者采用并用以预测未来气候状况的复杂计算机程序,其实并不能预测永久冻土的重大变化。

  “当我们进行模拟时,有很多进程是模型无法涵盖的,而这些进程会使热传导加速。保险地说,事态发展速度比我们预想的要快。”加拿大蒙特利尔大学的地理学副教授Daniel Fortier说道。

  举个例子,长期以来,科学家们都知道,海冰消失和温度升高会导致北极降雪增多,这也是气候模型中能够涵盖的。但是,当他们试图追踪不同土壤类型中的阶式渗透、地表植被、融雪、水流等因素时,相同模型的可靠性却大大降低,而这些因素都来自于温度升高和降雪,都会大幅加快永久冻土的解冻。

  “这些模型无法计算地貌级别的变化,以及所有会引发急剧变化的进程。想要计算这些因素,还有很长的路要走。”美国国家大气研究中心的永久冻土建模师David Lawrence说道。

  他说,等到检测到某些变化的时候,实际上可能已经发生了重大的转变。这意味着,公众和决策者们可能无法获知真正的风险。

  Walter Anthony说:“大多数模型并不能预测2100年之后大规模的碳释放。”不过,她说,碳释放有可能“就发生在我们孩子的有生之年,或者我的有生之年。”

  (译者:Mike-gao)

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