全球变化- 杨学祥工作室分享 http://blog.sciencenet.cn/u/杨学祥 吉林大学地球探测科学与技术学院退休教授,从事全球变化研究。

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“僵尸火”在北极冻原燃烧了8个月:第三次生物大灭绝的警告

已有 1027 次阅读 2021-11-3 06:06 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

“僵尸火”在北极冻原燃烧了8个月:第三次生物大灭绝的警告

                                   吉林大学:杨学祥,杨冬红 


      由于气候变暖,野火在高纬度的阿拉斯加州可以蔓延5个月之久。这里还意外出现了约70起“僵尸火”——看起来已经熄灭的火焰。它们可以藏在半腐层中闷烧8个月左右,再在温暖的季节重新冲出地面。这些复燃的“僵尸火”很有可能引发更严重的气候问题。

      高纬度地区厚厚的半腐层储存了地球上所有土壤碳含量的30%~40%。2015年阿拉斯加州内陆地区的严重野火烧毁了约2万平方千米的土地,从地上植被里释放了约900万吨碳,从半腐层中释放了约1.54亿吨碳。这些排放的二氧化碳总量相当于2017年加利福尼亚州所有汽车和卡车的排放量。

  随着更多的土壤解冻,半腐层下层中的冰也会融化并流失,从而使其变得更干燥,更容易剧烈燃烧。这种反馈循环很有可能会扩大被烧毁的土地面积,恶化数百万人的健康状况,使气候变化的速度史无前例地加快。

https://finance.sina.com.cn/tech/2021-11-02/doc-iktzqtyu4901340.shtml?cre=tianyi&mod=pchp&loc=8&r=0&rfunc=79&tj=cxvertical_pc_hp&tr=12

      

光明正大的光合作用与暗无天日的化石燃料爆燃

 

太阳的光合作用是是地球化石燃料的唯一来源,温室气体通过光合作用变为草木、煤炭、石油、天然气、甲烷、可燃冰等矿物燃料,贮存在大陆和海洋中,被认为是减弱全球变暖的功臣。相反,人类开发化石燃料,产生大量温室气体,被认为是导致全球变暖得罪人。

事实远非如此。越来越多的证据辨明,亿万年积累的缓释燃料一旦被点燃,将导致不可遏止的生物大灭绝。这可以从全球成煤时期与生物灭绝时期的对比中看到答案。 

我国煤炭资源形成于六个地质时期情况分别如下: 

古生代石炭纪晚期至二叠纪早期:距今约3.20亿年-2.78亿年

古生代二叠纪晚期:距今约2.64亿年-2.50亿年

中生代三叠纪晚期:距今约2.27亿年-2.05亿年

中生代侏罗纪早中期:距今约2.05亿年-1.59亿年

中生代白垩纪早期:距今约1.42亿年-0.99亿年年

新生代第三纪:距今约6550万年-180万年 

全球范围内有三个大的成煤期 

(1)古生代的石炭纪和二叠纪,成煤植物主要是孢子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。 

(2)中生代的侏罗纪和白垩纪,成煤植物主要是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。 

(3)新生代的第三纪,成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤,其次为泥炭,也有部分年轻烟煤。煤矿稀薄程度的形成一座煤矿的煤层厚薄与这地区的地壳下降速度及植物遗骸堆积的多少有关。地壳下降的速度快,植物遗骸堆积得厚,这座煤矿的煤层就厚,反之,地壳下降的速度缓慢,植物遗骸堆积的薄,这座煤矿的煤层就薄。

全球范围内有三个大的成煤期与生物大灭绝有很好的对应关系。近期的科研成果不断揭示生物大灭绝与化石燃料爆燃的证据。

 第三次大灭绝发生在2.51亿年前,也是史上已知规模最大的一次生物灭绝事件,这一次有70%的陆地生物灭绝了,96%的海洋生物灭绝了。科学家认为,灭绝原因可能是由于西伯利亚火山大规模喷发点燃森林和煤炭层,制造了大量的酸性颗粒和温室气体,不仅妨碍植物的光合作用,还推动全球气温急剧上升。

西伯利亚和阿拉斯加同在北半球高纬度地区,一个在北亚,另一个在北美。西伯利亚火山点燃煤炭层的教训值得警惕。


相关证据

 

2.5亿年前地球生物经历大灭绝的野火事件

 

近日,中科院南京地质古生物研究所的科研人员们发现,当时高强度频发的重大野火事件可能是这场大灭绝的罪魁祸首,相关成果在线发表于《地球科学评论》和《地学前沿》期刊上。

在这次空前的大灭绝中,约有95%的海洋生物物种和约75%的陆地生物物种快速灭亡,旧的海陆生态系统几乎崩溃。蔡垚峰介绍,这次大灭绝是地球史上最严重的事件,如果能够找出确切原因,将有助于揭开其他几次生物大灭绝的面纱。

长期以来,关于这次生物大灭绝的原因,全球的科学家们从多个角度展开分析,主流观点认为是火山喷发造成全球环境剧变。这次史上最大规模的灭绝事件应该是在多种因素的影响下发生的,至于各因素之间的关联性,尚有待探索。

新疆大龙口剖面位于新疆准噶尔盆地南缘,地层发育良好,以富产古脊椎动物和古植物化石而著称。科研团队对这里的炭屑化石及有机碳同位素等开展了详细研究,发现火山活动与野火事件存在关联性。

野火是指发生在荒原、山地、森林等地区的以植被为主要燃料的自然大火,自植物出现以来,野火就一直存在。蔡垚峰分析,距今约两亿多年前,在全球范围内曾频繁发生重大的野火事件,这些野火活动产生的各方面影响与生物的演化进程有密不可分的关联。

你可能会想,如何知道当时发生过野火呢?其实,野火烧过的痕迹就算是埋了几亿年,科学家们还是能扒出些蛛丝马迹。

掩埋在地底的炭屑,能够还原早在人类出现前的地球面貌,这是曾经发生过野火的最直接证据。炭屑含量越高,野火强度越大。科研团队在新疆大龙口剖面发现丰富的炭屑,且由底至顶炭屑丰度增加。这一发现证明该地区在两亿多年前曾频繁发生野火事件,并有愈演愈烈的趋势。他们还发现,当地曾发生过森林衰退的现象,而野火事件可能是导致该现象发生的直接原因。

研究表明,火山活动驱使野火事件强度的增加,而且野火活动和陆地生态系统在当时的协同变化模式可能是全球性的。科研人员们分析,两亿多年前全球气候干旱,导致野火事件频发。野火在该时期对植被的干扰和影响到达顶峰,并在短时间内快速摧毁了原有的陆地植被系统。之后野火活动便因失去燃料进入了贫乏期,直到植被系统的逐渐复苏。

http://www.xdkb.net/p1/207537.html

 

Geology2.5亿年前火山喷发曾毁灭全球森林

 

英国科学家的最新研究称,在距今大约2.5亿年前,大规模火山喷发毁灭了全球的森林,使得地球到处是以树木为食的真菌。

这项研究证实,即便是生命力极强的树木,也未能在二叠纪物种大灭绝事件的浩劫中幸免,那也是已知地球上最具破坏性的物种灭绝事件之一。在这次灭绝事件中,超过95%的海洋生物物种和70%的陆地生物物种从地球上永远消失,它们极有可能毁灭于集中在当今西伯利亚一带的长期火山喷发喷射的有毒气体。

研究结果刊登在最新一期《地质学》(Geology)杂志上[4-6]

https://www.163.com/dy/article/FSE687EN05149AIR.html

 

      化石能源燃烧加速推动地球生物灭绝

 

     发生在大约2.52亿年前的二叠纪-三叠纪生物大灭绝,在短短几万年的时间里,使96%的海洋生物和约70%的陆地生命从地球上永远消失。

当时,位于如今西伯利亚地区的古老火山喷出了大量岩浆,覆盖了相当于美国表面积三分之一甚至一半的土地,这一过程持续了大约一百万年。然而,火山爆发不是导致大灭绝的根本原因。

据两个独立的科学家团队发布的最新研究论文,正是由于西伯利亚火山岩浆燃烧了大量地下石油和煤炭沉积物,燃烧过程中释放出二氧化碳和甲烷等温室气体,进而导致了大灭绝的发生。日本东北大学的地球化学家Kunio Kaiho团队发现两起火山爆发事件与二叠纪末陆地与海洋生物灭绝时间吻合。而苏格兰圣安德鲁斯大学生物地理化学家Hana Jurikova团队在大灭绝边界的贝壳化石中发现了海洋酸化的证据,证实了化石燃料燃烧和温室气体释放造成海洋酸化,从而导致珊瑚等海洋生物溶解死亡。

这些研究发现进一步证实了气候变化对地球生命的影响。如果将大灭绝与如今全球变暖进行类比,大灭绝期间排放的温室气体总量远远超过人类产生的温室气体。然而,当时火山释放出二氧化碳的速度比今天人类的排放速度要慢14倍。因此,我们目前每年燃烧产生的碳量比大灭绝时期的任何时候都高得多。如果不能遏制温室气体排放,未来气候变化对生物的严重影响或许可以预见。

https://www.163.com/dy/article/FSE687EN05149AIR.html

       

火山喷发点燃煤层导致二叠纪生物大灭绝

 

关于二叠纪绝灭事件原因的研究有很多,卡尔加里大学的研究者最近称是火山的大规模喷发点燃了大量的煤层,从而产生了大量浮灰团,对全球海洋产生了广泛的影响。

2.5亿年前地球经历了史上最大的一次生物绝灭事件,期间95%的海洋生物和70%的陆地生物都没有逃脱绝灭的命运。

关于此次绝灭事件原因的研究有很多,卡尔加里大学的研究者最近称他们找到支持火山喷发说的证据。研究者在加拿大北极地区的二叠纪末绝灭事件的岩石中发现了煤灰层的存在,这表明当时火山的大规模喷发点燃了大量的煤层,从而产生了大量浮灰团,对全球海洋产生了广泛的影响。

早期也有研究者猜测,西伯利亚的史上最大规模火山喷发可能在经过煤层的时候产生了大量的温室气体,而导致全球变暖。但卡尔加里的研究者却是第一次发现了支持这一说法的直接证据。

毁灭事件发生时,全球存在一个超级大陆盘吉亚(Pangaea),盘吉亚上从沙漠到森林都有,四足动物在其中逐渐分异出原始两栖类、爬行类、和羊膜类动物。火山喷发发生在西伯利亚地盾,这是一片比欧洲还大的地域,火山喷发产生的灰尘团漂移到加拿大极区,形成了研究者现在发现的煤灰层。

这些煤灰可使地球产生温室效果,更可怕的是,它还能降低海洋中的氧气含量,从而使生物窒息而亡。二叠纪末真的是地球上最艰难的一段时期,火山喷发产生的热熔岩、有毒气体、煤灰等多种因素共同导致了大绝灭事件的发生。

https://tech.qq.com/a/20120117/000232.htm

http://www.nigpas.cas.cn/kxcb/kpwz/201101/t20110125_3067150.html

 

揭秘:2.5亿年前全球90%物种灭绝之谜

 

由德国地学研究中心的地球动力学建模人员、法国格勒诺布尔大学的地球化学家、德国马克斯普朗克研究所和俄罗斯科学院的研究人员组成的一个国际研究小组,对西伯利亚地盾(Siberian traps)火山大爆发和地球史上规模最大的生物大灭绝的关系发表研究报告表达了新看法。研究报告发表在在最近一期的《自然》杂志上。

  西伯利亚地盾位于俄罗斯西伯利亚。西伯利亚地盾的形成时间,介于二叠纪与三叠纪之间,约2.51亿年前到2.5亿年前,与二叠纪-三叠纪灭绝事件的时期相符合,那也正是地球最暖的时期。西伯利亚地盾火山爆发持续约一百万年,是过去5亿年来,已知最大型的火山爆发之一。

  西伯利亚地盾火山喷出的岩浆面积高达7百万平方公里,接近澳大利亚的面积。西伯利亚地盾火山可能已向空中喷射多达100万亿吨的碳(人类每年排放到大气中的碳约为80亿吨),这足以造成全球气候灾难。

  研究人员认为,西伯利亚地盾火山连锁爆发引发煤炭燃烧,造成地球变暖,火山灰中含有的有毒物质逐渐渗入到陆地和水中,导致生物中毒而死,造成地球早期历史中生物大规模灭绝。

http://www.qulishi.com/news/201701/159696.html

 

澳大利亚一次森林大火的预演

 

201978日开始,澳大利新南威尔士州爆发了山火,由于当地天气的炎热,加上澳大利亚政府的救援不力,很快整个澳洲燃起了大火。山火像恶魔一样吞噬着澳大利亚的森林和草地,一直持续了整整7个月。

在这场大火中,大约400公顷的土地被烧毁,十亿野生动物死于大火,连澳洲的考拉也死了百分之三十,此外,鸭嘴兽直接成为了濒危动物。在七个月的燃烧期中,澳大利亚有33个人死于大火。而更为可怕的是,这场大火所造成的生态危害。

从小的方面来说,澳大利亚当地的物种生态得到大肆的毁灭,势必会造成当地各种的生态负面影响。一米长的蝙蝠开始进入城市,堪培拉、墨尔本的天空被大火染成了红色,城市中充满了灰烟。

最让人担忧的是,南极洲和澳洲的距离十分的近,七个月的大火,让本来就温室效应的世界气候变得更加的高温。常年堆积冰川的南极洲由于全球变暖,使得大量的冰川融化,冻土苏醒。全球的水平面急剧的增长,据科学家研究发现,在南极洲发现了很多的远古病毒。这些病毒都是被封印进去的,如今气候变暖,自然也是开始慢慢的苏醒。

https://new.qq.com/omn/20200104/20200104A056FD00.html

科学家表示,20217月是2003年开始有卫星记录以来全球山火最严重的7月。在北美洲、西伯利亚、非洲和欧洲南部,山火持续肆虐。

20217月全球各地的山火共释放出343兆吨碳,比2014年出现的上个7月全球峰值高出约五分之一。

欧盟哥白尼大气监测局资深科学家马克·帕林顿说:2003年我们开始有记录以来,今年7月的(山火碳排放)全球总量是最高的。

https://new.qq.com/rain/a/20210808A07C9O00

 

结论:改写全球气候历史和生物灭绝历史的重大事件

 

发生在大约2.52亿年前的二叠纪-三叠纪生物大灭绝,在短短几万年的时间里,使96%的海洋生物和约70%的陆地生命从地球上永远消失。由于西伯利亚火山岩浆燃烧了大量森林、地下石油和煤炭沉积物,燃烧过程中释放出二氧化碳和甲烷等温室气体,进而导致了大灭绝的发生。澳大利亚山火就是一次未来大灭绝的预演。

与西伯利亚暗色岩类似,德干暗色岩也发生在大陆,因此可以加速化石燃料燃烧和温室气体超级排放,造成恐龙灭绝重大事件。小行星撞击扩大了这一事件。

这表明,太阳能量的长期积累和释放参与和扩大了全球变暖,温室气体和全球变暖的一致性,根源在太阳能量的长期积累和释放,元凶就是太阳能量积累和光合作用的逆反应[1-2,7-8]

      人类的出现可能改变这一自然规律:化石燃料就是大陆和海洋内的火药桶,超级火山爆发就是导火索,人类开发化石能源,铲除了大陆和海洋内的火药桶,避免了下次超级火山引发的温室气体超级排放,阻止下一次生物大灭绝,变天灾为人类福祉与天人和谐,这应该是天大的好事。

      要温室气体的爆炸式超级排放,还是要温室气体缓慢式人工排放,人类必须做出正确的抉择。

      温室气体减排有利有弊:短期可以维持现状,但不过是扬汤止沸;长期留下后患,造成更严重的生物大灭绝。人类开发化石能源,铲除了大陆和海洋内的火药桶,这才是釜底抽薪。

温室气体循环路线图:太阳光合作用将太阳能量和二氧化碳贮存在草木、甲烷和化石燃料矿藏之中,超级火山喷发点燃草木、甲烷和化石燃料,向大气释放出积累的太阳能量和温室气体,导致全球变暖和生物灭绝(高温型);酸雨清洗大陆,将温室气体带入海洋,导致海洋酸化和岩石圈碳酸钙积累,引发大气温室气体降低、生物灭绝(低温型)和气候变冷(参见海底藏冷效应和海底温室气体贮存效应)

一个明显的规律是,温室气体在温暖时期集中在大气,在寒冷期集中在海洋和岩石圈。石炭二叠纪成煤期与生物大灭绝有很好的对应关系。

温室气体的大规模积聚和排放与太阳能量的长期积累和释放同时进行。人类忽视了后者,夸大了前者。 

总之,碳中和要比控制碳排放更科学。人类在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量,通过植树造林、节能减排等形式,以抵消自身产生的二氧化碳排放量,实现二氧化碳零排放。这是人类与自然和谐共生的明智之举。

由于气候变暖,野火在高纬度的阿拉斯加州可以蔓延5个月之久。这里还意外出现了约70起“僵尸火”——看起来已经熄灭的火焰。它们可以藏在半腐层中闷烧8个月左右,再在温暖的季节重新冲出地面。这些复燃的“僵尸火”很有可能引发更严重的气候问题。

规模最大的第三次生物大灭绝警告不容忽视。

 

参考文献

1.        杨冬红,杨学祥全球气候变化的成因初探地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.

2.        杨学祥陈殿友火山活动与天文周期地质论评, 1999, 45(增刊): 33-42.

3.        杨冬红杨学祥地球自转速度变化规律的研究和计算模型地球物理学进展, 2013281):58-70

4.        Mark A. Sephton1, Henk Visscher2, Cindy V. Looy3, et al. Chemical constitution of a Permian-Triassic disaster species. Geology October 2009 v. 37 no. 10 p. 875-878 doi: 10.1130/G30096A.1

5.        Arizona State University. “Oasis effect” in urban parks could contribute to greenhouse gas emissions. ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2020/11/201119083931.htm

6.        Burning Fossil Fuels Helped Drive Earth’s Most Massive Extinction, The New York Times. https://www.nytimes.com/2020/11/18/science/extinction-global-warming.html?searchResultPosition=14

7.        杨冬红,杨德彬,杨学祥. 2011a. 地震和潮汐对气候波动变化的影响[J]. 地球物理学报, 544):926-934

8.        杨冬红. 2009. 潮汐周期性及其在灾害预测中应用[D][博士论文].长春:吉林大学地球探测科学与技术学院.


相关报道

看不见的“僵尸火”,在北极冻原燃烧了8个月

2021年11月02日 09:50 新浪科技综合


现场!美国12州野火肆虐,已烧毁4000平方千米土地


  我们印象中的阿拉斯加州布满了积雪,不易着火,但现在由于气候变暖,野火在高纬度的阿拉斯加州可以蔓延5个月之久。这里还意外出现了约70起“僵尸火”——看起来已经熄灭的火焰。它们可以藏在半腐层中闷烧8个月左右,再在温暖的季节重新冲出地面。这些复燃的“僵尸火”很有可能引发更严重的气候问题。

  在这篇节选自《环球科学》11月新刊的文章中,兰迪·扬特和艾莉森·约克将带领我们来到远在北极圈内的阿拉斯加州。

  撰文|兰迪·扬特(Randi Jandt) 艾莉森·约克(Alison York)

  翻译|杨玉洁

  2019年6月5日,异常早春雷暴的闪电引发了阿拉斯加中南部基奈国家野生动物保护区(Kenai National Wildlife Refuge)深处的一场大火。5月末的高温完全改变了潮湿的春天,使森林的地面迅速变干。随着异常温暖天气的持续,斯旺莱克大火(Swan Lake Fire)无情蔓延了一个月之久。

  截至2019年7月9日,超过400平方千米的土地被焚毁。8月17日,强风改变了大火蔓延的方向,导致大量人员被迫撤离。大风还吹倒了电线,引发了新的火灾,其中包括德什卡兰丁火灾(Deshka Landing Fire)和迅速蔓延的麦金利火灾(McKinley Fire),这些火灾烧毁了130多所住宅、商业用楼和附属建筑。不过幸运的是,没有人遇难。

  燃烧的阿拉斯加。

  斯旺莱克大火一直烧到了10月,在680平方千米左右的土地被烧毁后,姗姗来迟的雨水终于帮助消防员控制住了这场大火。在大火持续的5个月内,当地警官不得不多次关闭当地唯一的交通要道——斯特灵公路。当地旅游业的季节性收入损失达到了20%。卫生官员也提醒公众,在6~8月三分之一的时间内,该州中南部地区(约60%的人口居住于此)的空气中都存在“不健康”甚至“危险”的烟雾,这些烟雾含有损害肺部的微小颗粒物

  冬天的雪和低温缓和了火灾的形势,但2020年1月,一位负责打扫雪地车车道的工作人员报告,在曾发生德什卡兰丁大火的地方出现了烟雾。当消防人员到达时,他们发现大火从未完全熄灭。它在地下闷烧了4个月,然后又冲出了雪层。而且当6月来临,该州再次变得温暖和干燥时,曾发生斯旺莱克大火的地方也出现了烟雾;经历了冬季和春季共8个月闷烧后,火焰重新燃烧了起来

  由于气候变化,这些“僵尸火”(zombie fires)——被认为已经熄灭但又复燃的火焰——正在不断出现。2005-2017年,阿拉斯加州和加拿大西北特区的消防管理人员已经报告了48起僵尸火,也就是那些挺过漫长冬季的火。研究团队还通过卫星图像发现了20处没有被记录的僵尸火。

  火焰会复燃,是因为在北方生态系统中,树木不是唯一的——甚至也不是主要的——燃料。在没有树木的苔原及其南部的北方针叶林表面上,覆有一层厚厚的有机物。这层致密的泥炭层被称作半腐层(duff),是每年夏季死去的表层苔藓和枯枝落叶的堆积物。由于高纬度地区气温低,堆积物的分解速度变慢,因此,经过数百年的累积,半腐层会变得越来越紧实和致密。而且半腐层的表面主要由羽毛状的苔藓组成,它们没有根部或维管系统,而是直接从空气中吸收水分。

  除了作为燃料外,半腐层还是地下冻土的绝佳隔热体——以至于自更新世以来,它将阿拉斯加州大部分的地下土壤保持在冰冻状态。每1厘米左右厚度的半腐层就能使下面的多年冻土层——保持冰冻状态两年或更长时间的冻土——冷却约0.6℃。

  但是,野火正在改变这里的地貌和生态系统。如果半腐层烧得足够多,下面的多年冻土层就会融化,阿拉斯加州的部分地面就会变得柔软、塌陷。植根于这片融化土壤的树木会向各个角度倾斜,变得就像比萨斜塔一样。

  火灾烧毁隔热表面层后地面会形成污水坑,并露出多年冻土和冰楔,它们在阿纳克图沃克河火灾后就发生了融化和坍塌。

  在北部高地,气候变化使野火的发生频率和规模都在增加。气候变化使北部高纬度地区的夏季更长、更热、更干燥,冬季更短,从而使大片的森林土地和树木变成了火绒匣(tinderbox),闪电或者人类的疏忽都很容易将其点燃。

  大量的野火也加速了气候变化。高纬度地区厚厚的半腐层储存了地球上所有土壤碳含量的30%~40%。2015年阿拉斯加州内陆地区的严重野火烧毁了约2万平方千米的土地,从地上植被里释放了约900万吨碳,从半腐层中释放了约1.54亿吨碳。这些排放的二氧化碳总量相当于2017年加利福尼亚州所有汽车和卡车的排放量。

  随着更多的土壤解冻,半腐层下层中的冰也会融化并流失,从而使其变得更干燥,更容易剧烈燃烧。这种反馈循环很有可能会扩大被烧毁的土地面积,恶化数百万人的健康状况,使气候变化的速度史无前例地加快。

  湿润的表象

  人们常常认为阿拉斯加地区盖满了积雪,不容易着火,但事实上,该州的大部分地区,尤其是内陆地区,属于大陆性气候,冬季漫长、寒冷,夏季温暖且相对干燥。虽然缓慢而持续融化的积雪,以及位于半腐层下方紧挨着的“活动层”——每年冬季又会重新冻结——都会在春季为绿植提供水源,但如果温暖的天气持续一两周,半腐层的表面就会变得像沙漠一样干燥

  阿拉斯加州内陆的针叶林地区以黑云杉为主,这些小而生长缓慢的树木会密集地排列起来。它们的枝条一直向下伸到半腐层中,成为了火灾的梯子。作为7000年来阿拉斯加地区的主要针叶树,黑云杉已经适应了火焰;它们的球果聚集在树的最顶端,并在火灾后打开从而播散种子,这有助于重建生态系统

  阿拉斯加州森林中主要是黑云杉,但如果它们燃烧得足够彻底的话,桦树、杨树等落叶树便会出现,从而改变这里的栖息地和生态系统。

  几十年来,阿拉斯加州的消防管理人员一直在监测偏远地区的小火种,并让它们继续燃烧,来重建这里的生态系统。阿拉斯加州的大部分地区几乎没有需要保护的定居点或基础设施,因此这是一种高性价比的方法,可以在很大程度上避免树木过度生长或枯木过多的问题。这种方法还意味着在阿拉斯加州,研究人员可以在没有人为干预的情况下,观察气候如何改变野火。

  此前,野火通常会烧死树木,但不会深入到半腐层中,因为下层的水分阻止了进一步的燃烧。但在特别炎热和干燥的条件下,会发生严重的深度燃烧。这会使草地、灌木丛和落叶树如马赛克般出现,取代原本的云杉

  整个北极地区的升温速度是温带地区的1.5~4倍。阿拉斯加州在过去50年里升温约2.1℃。这在很大程度上是海冰和陆冰消失导致的,因为这会暴露出更大面积的深色海洋和陆地,而它们能够比冰或雪吸收更多阳光。

  与20世纪90年代相比,现在积雪要晚一周才形成,并早两周就会融化,这使得半腐层在一年内干燥的时间更长,火灾季节比30年前至少长了一个月。2016年,阿拉斯加州创造了火灾季节长度的纪录:4月17日,在接近帕默(Palmer)的偏远地区,消防员执行了57年来最早的一次火灾跳伞行动。10月初,阿拉斯加林业部仍在安克雷奇(Anchorage)附近灭火;寒风吹过时,上空直升机吊桶中溅出的水都冻住了。

  在世界范围内,高纬度火灾越来越常见。2020年,在西伯利亚,有18 000多场火灾烧毁了约14万平方千米土地——这是令人震惊的数字。与10年前相比,如今俄罗斯萨哈共和国的火灾季节延长了两周,而且在西伯利亚,2021年7月的火灾季节比2020年同期更长。2021年5月,冰岛就发布了该国第一个野火危险警报。

  暴增的闪电

  黑云杉燃烧后留下的生物质多是半腐层。半腐层非常紧凑,不过空气很流通,是下方多年冻土的极好隔热体。阿拉斯加地区的多年冻土分布广泛,已有数万年的历史。但到本世纪末,阿拉斯加州预计将因气候变暖而失去25%的多年冻土,而火灾会加速这一过程。当隔热层被烧到不足13厘米时,下面的多年冻土就会融化并大幅解体。在阿拉斯加州的中纬度地区,火灾可能会导致过多的多年冻土融化,而这种融化永远都无法恢复,除非再经历一次冰河时代

  火灾导致融化的一个极端例子是2007年发生的阿纳克图沃克河火灾(ARF),它烧毁了阿拉斯加州最北端地区(北纬70度的阿拉斯加北坡)1000多平方千米的苔原。而事实上,北极圈(北纬67度)内的火灾非常罕见,此前研究者还没有在如此北的地方记录到如此严重的火灾。

  2007年7月,闪电引发了ARF,它看起来似乎在8月就熄灭了,但它其实一直在没有树木的地下半腐层里闷烧,然后在温暖的9月重出地面。火焰在大范围的区域内喷出滚滚浓烟,使远处村庄的居民喘不过气来。当地猎人说,烟雾扰乱了驯鹿的秋季迁徙。极度干燥的秋季天气使ARF深度燃烧,直达干燥半腐层的深处,从而继续闷烧至10月,直到湖泊结冰,大雪再次覆盖该地区。最终,大火燃烧了超过1000平方千米的整片多年冻土。

  这场火灾如此不同寻常。2008年7月上旬,研究团队抵达ARF发生的地方。往年这个时候,阿拉斯加北坡通常是寒冷、多风、细雨蒙蒙的。然而,这次直升机却降落在湛蓝天空下一片焦黑的土地上,温度达到了惊人的27℃。天气又热又干,常见的成群蚊子不见了,取而代之的是成群的黑蝇(blackfly,属于蚋科)。

  调查小组发现因温暖而上升的气团所形成的积云,可能是引起雷暴的来源。气候变化正在增加美国各地的闪电活动,而高纬度地区的变化最大。其中,北极圈内的阿拉斯加州的气温变暖最剧烈,这会使该地区的闪电急剧增加。

  2014年的一项研究预测,在美国,一个地区的气温每升高1℃,其周边地区的闪电就会增加12%。2019年的一项分析显示,在过去30年里,阿拉斯加州范围内的闪电增加了17%;在某些地区,这个数值高达600%。还有模型预测,到2050年,阿拉斯加州的闪电将增加59%,由闪电引发的野火增加78%,燃烧面积增加50%。

  植被的改变

  2008-2018年间,调查小组在ARF发生的区域收集数据,指出这里发生了“蜕变”。在燃烧发生的区域,研究团队每次都会记录下植被覆盖情况,并将金属探针沿着许多横断面插入地下,测量活动层的厚度。他们发现,燃烧区域的解冻土壤每年都在变深;火灾发生一年后,这里的解冻土壤比燃烧区域外深10厘米,而4年后,则深了约19厘米。

  覆盖高纬度森林地面的半腐层厚度可达约50厘米。

  尽管如此,这些测量却无法体现出ARF地区地表发生变化的幅度。随着多年冻土融化和水流失,整个土壤表面都在下滑并破裂。在阿拉斯加北坡,融化现象使土地变得不再稳固,出现了约61米宽的大坑——这种现象也被称为热融坍陷(thermokarstmass wasting)。此时,6万年未见天日的地下冰楔重出地面,闻起来都是老旧的味道。

  为了绘制不断变化的土地状况,调查团队使用机载雷达证实,地表下沉的深度从10厘米到100厘米不等。而且在燃烧区域的东半部,大部分地区的表面粗糙度(衡量沉降的一种方法)增加了两倍,这使得地面上的通道更深,小土包更加高耸,表面积也更大

  调查团队在燃烧和未燃烧的地区都留下了探针,用来继续记录温度。测量结果表明,燃烧区域约15厘米深处的土壤温度平均每年升高约1.5℃,夏季最高温度比未燃烧区域高约5.6℃。显然,这种变暖会危及多年冻土,它也会影响将要占领该地区的植物。

  此前,这里罕见高大灌木、禾本科植物和其它维管植物,但是ARF火灾过去10年后,这些植物的数量急剧增加。与生长缓慢的苔藓相比,这些新来者每年都会添加更多可作为燃料的干枯落叶。这或许可以解释为什么在2017年,也就是2007年的那场火灾过去10年后,在当时发生过燃烧的区域又出现了2个新的火灾痕迹,每一个蔓延约40万平方米。

  “碳汇”还是“碳源”

  研究人员正在努力钻研北部高地火灾所引发的后果。温室气体排放、空气质量变差和基础设施损坏等直接影响是显而易见的。但可能出现的次生影响则很难预测。其中有一些是意料之中的,比如烧黑的地表会使夏季土壤变暖,地貌变得起伏,以及植被群的更新。而且随着冰的融化,低洼地区会暂时变得湿润,这有助于禾本科植物、灌木和落叶树的茁壮成长。


  不过随着时间的推移,灌木的大量生长会使地面变得更加温暖。一方面,它们可以保留更多的雪,但这也会将地面与冷空气隔绝开,被烧毁的斜坡和山脊会变得更干燥,并加剧地下水的流失。另一方面,在北方针叶林中,栖息地和树冠的变化也改变了动物运动的模式。对于温暖土壤中的微生物而言,它们会分解半腐层和融化后的多年冻土中所储存的碳,将其转化为温室气体(包括甲烷)。

  根据全球生态系统模型的预测,到本世纪末,高纬度地区的火灾可能会增加1~3倍。该地区无处不在的半腐层也会随之释放出大量的碳。这种转变可能会将这里从“碳汇”转变为“碳源”,从而加剧全球气候变化

  在科学家着手这些任务的同时,阿拉斯加州的居民和消防机构正在制定战略措施,试图在日益加剧的火灾情况下保护人员、基础设施和自然资源。他们也在利用新技术(例如卫星图像)做火灾的早期探测、测绘和监控

  本文转自环球科学

https://finance.sina.com.cn/tech/2021-11-02/doc-iktzqtyu4901340.shtml?cre=tianyi&mod=pchp&loc=8&r=0&rfunc=79&tj=cxvertical_pc_hp&tr=12




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