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永凍土解凍 北極地底下的威脅

2019-09-16 12:51國家地理雜誌

阿拉特納河向南流出阿拉斯加的布魯克斯嶺,其河谷成為野生動物向北遷入暖化北極的廊道...
阿拉特納河向南流出阿拉斯加的布魯克斯嶺,其河谷成為野生動物向北遷入暖化北極的廊道。河狸的數量暴增,而牠們的池塘(左側的河流遠處可以看到好幾個)會加速永凍土的解凍。 攝影: 凱蒂. 奧林斯基 katie Orlinsky
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【北極撰文: 克雷格. 威爾許 CRAIG WELCH / 攝影: 凱蒂. 奧林斯基 katie Orlinsky】

瑟蓋.齊默夫把一根長毛象的骨頭丟到骨頭堆上。他蹲在沁涼寬闊的科力馬河畔的一夜之間就解凍。像杜瓦尼谷地區這樣的土壤軟化、陷落,釋放出原本在冰凍泥土中深埋了數千年的古代生命遺跡和大量的碳。這些碳以甲烷或二氧化碳的形式進入大氣,肯定會加快氣候變遷的速度。

齊默夫那搖搖欲墜的研究站位於金礦小鎮車斯基,距離杜瓦尼谷約三小時的快艇船程,他以那裡為基地,已經花了幾十年發掘北極暖化的祕密。

如今的新發現顯示,隨著地球暖化,碳會散逸得更快。由於沒想到北極暖化得這麼快,融水又以令人憂慮的方式沖刷著極區的地貌,如今研究人員推測,地球平均溫度每上升攝氏1度,永凍土釋放的碳量,可能相當於四到六年的煤炭、石油和天然氣的總碳排放量,這是科學家幾年前估計值的二到三泥地上,旁邊是地質破碎的高聳峭壁。

這是深入北極圈的西伯利亞東部的夏天。放眼望去沒有半點霜雪,但這處稱為「杜瓦尼谷」的峭壁受到科力馬河的侵蝕,顯露出深埋底下的東西:一層永凍土,深達數百公尺,而且正快速暖化。

細枝、其他植物物質,還有冰期的動物殘骸,全都散落在河灘上,齊默夫的靴子也深陷其中。「我熱愛杜瓦尼谷。」他一邊說,一邊從淤泥中用力拉出化石。「這裡就像一本書,每一頁都是自然史的一則故事。」

甲烷是強效的溫室氣體,正從北極各地湖底的解凍土壤中冒出來。到了冬天,地表的冰層會...
甲烷是強效的溫室氣體,正從北極各地湖底的解凍土壤中冒出來。到了冬天,地表的冰層會困住氣體。這個池塘靠近阿拉斯加的費爾班克,科學家在此鑽透冰層,把散逸出來的甲烷放火燒掉。 攝影: 凱蒂. 奧林斯基 katie Orlinsky
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在地球頂端這片2300萬平方公里的土地上,氣候變遷正寫下新的篇章。北極的永凍土並不是像科學家以前預測的那樣逐漸解凍。從地質學角度來看,幾乎等於是倍。如果不遏止化石燃料的使用,可能在未來數十年內,永凍土就會成為全世界最大的溫室氣體排放源,與現在排放量居冠的中國一樣。

我們還沒有把這一點列入計算。直到最近, 聯合國的跨政府氣候變遷研究小組(IPCC)才開始將永凍土納入預測。與人類本身相比,永凍土讓地球暖化的潛力只是小巫見大巫。但若希望如2015年巴黎會談期間195國的協議一樣,將暖化限制在攝氏2度以內,新的研究顯示,我們必須比IPCC的模型預測提早八年壓低排放量,才能抵銷持續發生的解凍。在我們必須加速轉換到潔淨能源的原因中,這可能是最被低估的一個。不管我們設定的抗暖化目標為何,想達到它,採取行動的速度必須比我們所想的更快才行。

齊默夫在1970年代來到車斯基,當時他還是大學生,協助測量隊繪製地圖。幾年後他又回到這裡,創立了「東北科學研究站」,如今由他與兒子尼基塔共同擁有和運作。因為預算很少,研究站只能因陋就簡,不過仍吸引了全世界的北極科學家前來。

2018年某個夏日,我和攝影師凱蒂.奧林斯基與齊默夫一同搭乘老舊船隻,載運補給品前往安巴赤克灣的一座碳監測設施,就在科力馬河流入北冰洋的出海口附近。我們穿越鬆軟的草地,走的步道是用舊的蒸汽散熱片鋪成。

齊默夫走路時用一根金屬長桿戳刺地面,為了檢查堅硬永凍土的深度。永凍土是整年保持凍結的土壤,上面覆蓋著至多4公尺厚的泥土和腐植質,這一層稱為活凍層,通常每年夏天都會解凍,到了冬天再重新凍結,保護永凍層不受上方溫度升高的影響。但是2018年春天,幫尼基塔工作的團隊發現,在極地漫長的冬季中,車斯基周圍接近地表的泥土完全沒有凍結。這簡直聞所未聞:地面下一直到75公分深處的土壤應該都已經凍結了。結果卻是一片軟糊。

西伯利亞東部的巴塔蓋卡巨坑將近有1公里寬,而且持續增大,是整個北極眾多坑洞中最大...
西伯利亞東部的巴塔蓋卡巨坑將近有1公里寬,而且持續增大,是整個北極眾多坑洞中最大的一個。因為摻雜著冰的永凍土解凍,地面因而下陷、形成巨坑或湖泊。 攝影: 凱蒂. 奧林斯基 katie Orlinsky
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「三年前,永凍層上方的地面溫度是攝氏零下3度,」齊默夫說:「然後是零下2度。再來是零下1度。今年,溫度是零上2度。」一方面來說,這並不令人意外。地球自19世紀末以來最熱的五年,都發生在2014年以後,而北極地區暖化的速度,又因為能幫助降溫的海冰流失,而比地球其他地區快了兩倍多。

全球永凍土的溫度從過去半個世紀以來持續上升。在阿拉斯加的北坡區,永凍土溫度30年來上升了攝氏5.8度。

但齊默夫父子在2018年記錄的另一件事,影響層面遠達北極地區之外:冬季的解凍。

說來矛盾,肇事者是豪雪。西伯利亞很乾燥,但2018年以前有好幾年冬天降下厚雪,覆蓋整個地區。雪的作用就像毯子,將夏天的熱度保存在土壤裡。在距離車斯基18公里的研究地點,德國馬克斯.普朗克生物地球化學研究所的馬西亞斯.葛克達發現雪的厚度在五年內翻倍。而到了2018年4月,活凍層溫度已經上升了攝氏6度。

這種現象不僅限於西伯利亞。弗拉迪米爾.羅曼諾夫斯基是阿拉斯加大學費爾班克分校的永凍土專家,多年來都觀察到阿拉斯加超過180個研究地點的活凍層在1月中旬完全凍結。但因為那些地方近期也面臨豪大雪,凍結的時間先是延遲到2月,接著到3月。2018年,羅曼諾夫斯基在費爾班克附近有八個研究地點、阿拉斯加西部的蘇厄德半島有十幾個地點,一直沒有完全凍結。

齊默夫父子相信,冰期的大型草食動物有助維持豐饒的北極草原,部分原因是為草原施了肥...
齊默夫父子相信,冰期的大型草食動物有助維持豐饒的北極草原,部分原因是為草原施了肥。為了恢復乾燥的大草原,同時減緩永凍土的解凍速度,他們正把野馬和其他草食動物引入科力馬河一條支流的沿岸地區,他們稱之為「更新世公園」。 攝影: 凱蒂. 奧林斯基 katie Orlinsky
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全球的永凍土內儲存了1兆6000億公噸的碳,是大氣碳含量的將近兩倍。沒人覺得那些碳會全部或大部分解凍。直到最近,科學家的假設都是永凍土最多會失去10%的碳。而即使只是那樣的量,他們都以為歷時可能長達80年。

但是當活凍層在冬天也不結凍的時候,速度就加快了。升高的溫度讓微生物能分解土壤中的有機質,釋放出二氧化碳或甲烷,而且是一整年都這樣,而不是只有每年夏天的短短幾個月。冬天的溫暖向下擴散進入永凍土本身,使之解凍得更快。

「我們很多假設都被推翻了。」蘿辛.柯曼說;她是哥倫比亞大學的大氣化學家,用飛機追蹤碳排放量。她和同事發現,自1975年以來,阿拉斯加北坡區在初冬的二氧化碳排放量已經增加了73%。

幾個多雪的冬天並不足以構成趨勢;去年冬天車斯基降雪較少,土壤再度明顯冷卻。

費爾班克的降雪量也少。然而在羅曼諾夫斯基位於阿拉斯加的幾個研究地點,活凍層又保留了足夠的熱能,沒有完全結凍。

「這真的令人吃驚。」馬克斯.荷姆斯說;他是美國麻州林洞研究中心副主任。

「我一直把永凍土的解凍想像成緩慢穩定的過程,而也許這五年只是一段異常期。但萬一不是如此呢?萬一變化得更快呢?」而且萬一這種變化會自我增強――就像北冰洋的情況呢?

本文由致力於保護地球資源的非營利組織國家地理學會贊助。

作者克雷格.威爾許最近的特別報導是南極半島的生態變遷。

攝影師凱蒂.奧林斯基住在紐約市,報導北極地區已經超過五年。

《國家地理》雜誌2019年9月號
《國家地理》雜誌2019年9月號
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延伸閱讀》

土裡有毒!永凍層解凍恐釋出大量汞

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