冰雪下的火焰:前所未见的北极野火燃烧了什么?

来源:环球科学发布时间:2020-10-15

野火释放了创纪录的二氧化碳,一部分原因是野火燃烧的是一直以来作为碳汇的古代泥炭地。

今年夏天,野火肆虐北极圈,苔原燃烧起来,将西伯利亚的城市蒙上了一层烟尘,刷新了以往的火灾季节纪录。截至8月末火灾季节退去之时,火灾已释放了2.44亿吨二氧化碳,较去年同比增长35%,打破了之前的纪录。科学家们说,罪魁祸首之一是随着北极融化而燃烧的泥炭地。


image.png

今年,北方的火灾(如上图所示的西伯利亚南部新西伯利亚地区的火灾)释放了创纪录的二氧化碳。来源:Kirill Kukhmar/TASS/Getty


泥炭地是浸水的植物缓慢腐败而累积形成的富碳土壤,有时要上千年才能形成。它们是地球上碳密度最高的生态系统;一个典型的北方泥炭地所包含的碳大约是北方森林的十倍。泥炭地燃烧时,其中蕴含的古代碳被释放进大气,增加了可引起气候变化的温室气体。


全球近一半的泥炭地存储碳位于北纬60-70度的北极圈周围。现在的问题是,随着地球变暖,预计历史上被冰冻的富碳土壤将开始融化,使之更易发生野火,更有可能释放大量的碳。这是一个反馈循环:泥炭地释放更多的碳,全球变暖加强,引起更多的泥炭地融化,导致更多的野火(见“燃烧的泥炭地”)。8月发表的一项研究[1]显示,北方泥炭地最终可能从一个净碳汇变为一个净碳源,进一步加快气候变化。


伦敦政治经济学院的环境地理学家Thomas Smith说,2019年和2020年前所未有的北极野火表明,转型变化已经发生了,“准确地说,这种变化触目惊心。”


僵尸火灾


今年北极的火灾季节开始得异常早:早在5月,西伯利亚林木线北边即有火灾发生,而正常情况下应该是在7月左右才会开始 。一个原因是冬季和春季温度高于正常水平,为火灾埋下了隐患。另一种可能是,整个冬季,泥炭地的火点都在冰雪下面阴燃,最终在春季冰雪融化时像僵尸一样炸出来了。科学家们表示,这种低温无焰的燃烧可以发生在泥炭地和其他有机物质中,比如煤炭,时间可以长达几个月,甚至几年。


迈阿密大学的地理学家Jessica McCarty表示,由于开始得早,北极的一些野火燃烧的时间比平常要长,“而且燃烧点也比过去更靠北——在那些我们曾经认为可防火而非易发生火灾的地方。”


image.png

来源:哥白尼大气监测服务中心/欧洲中期天气预报中心;Hugelius, G. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA117, 20438–20446 (2020)


现在,研究人员正在评估今年的北极火灾季节有多严重。俄罗斯野火远程监测系统记录了俄罗斯最东边的两个地区的18591场火灾,过火面积将近1400万公顷,俄罗斯科学院苏卡切夫森林研究所的火灾专家Evgeny Shvetsov说。大部分火灾发生在永久冻结带,这里的地面一般常年处于冻结状态。


为了评估创纪录的二氧化碳释放,欧洲委员会哥白尼大气监测服务中心(Copernicus Atmosphere Monitoring Service)使用卫星研究野火的位置和强度,再计算每场火灾可能燃烧了多少燃料。欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的大气科学家Mark Parrington参与了分析,他说即便如此,也可能低估了实际情况。泥炭地发生的火灾可能密度过低,而无法被卫星传感器捕捉到。


泥炭地问题


今年的北极火灾对全球气候的长期影响有多大,取决于燃烧的是什么。因为泥炭地不像北方森林,它们不会在火灾发生后快速重生,因此而释放的碳将永久性地进入大气。


Smith计算发现5-6月大约一半的北极火灾发生在泥炭地,而且在很多情况下,这些火灾持续了好几天,这意味着厚厚的泥炭层或其他富含有机物质的土壤为火灾提供了燃料。


8月的研究[1]发现,北半球有将近400万平方千米的泥炭地。领导开展这项研究的斯德哥尔摩大学永冻层科学家Gustaf Hugelius说,冷冻且较浅的泥炭地超出此前预期,因此易发生融化、脱水。他和同事还发现,虽然几千年来泥炭地一直在积累存储碳,帮助冷却气候,但是将来它们可能成为向大气中释放碳的净碳源——也许在本世纪末便会发生。


预计随着气候变暖,西伯利亚的火灾风险将上升[2],但是很多研究显示,这种转变已经开始了,研究北极火灾的美国国家航空航天研究所环境科学家Amber Soja说。“你预计将要发生的已经发生了,”她说,“在某些情况下,实际发生的速度比我们预计的还要快。”


参考文献:

1. Hugelius, G. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 117, 20438–20446 (2020).

2. Sherstyukov, B. G. & Sherstyukov, A. B. Russ. Meteorol. Hydrol.39, 292–301 (2014).


原文以 The Arctic is burning like never before — and that’s bad news for climate change为标题发表在 2020年9月10日的《自然》新闻版块

© nature

doi: 10.1038/d41586-020-02568-y


版权声明:

本文由施普林格·自然上海办公室负责翻译。中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。欢迎转发至朋友圈,如需转载,请邮件China@nature.com。未经授权的翻译是侵权行为,版权方将保留追究法律责任的权利。


© 2020 Springer Nature Limited. All Rights Reserved

扫码加蝌蚪五线谱微信