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西北地區鵝湖——在這樣一個脆弱的地區，腳印會留下數年的痕跡，詹妮弗·巴爾策站在那裡，眺望著周圍綠色的泥炭蘚沼澤。黑雲杉樹像醉漢一樣東倒西歪。
巴爾策是安大略省滑鐵盧市威爾弗裡德·勞裡埃大學的生態學家，她用一根金屬棒刺穿了一棵雲杉附近的地面。
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“你那裡正戳到冰，”她說。如果沒有這種冰凍，不穩定的雲杉樹將完全失去立足點並被淹沒。
鵝湖正處於氣候變化的邊緣。半個世紀前，這個距離北極圈 250 英里的地區，過去主要由永久凍土或常年凍結的地面組成。如今，地面已經部分融化，該地區主要為溼地。
氣候變化加速了這些快速變化，在過去半個世紀裡，這些環境已經升溫了 4 華氏度。科學家們擔心，隨著永久凍土融化，北部生態系統中儲存的部分碳將被釋放到大氣中，並引發全球變暖失控。目前最大的威脅不是來自北極凍原，而是來自北方森林的土壤——加拿大、阿拉斯加和世界其他地區深凍的南部地區——就像鵝湖一樣，那裡的永久凍土層很薄且零星分佈，土壤溫度接近熔點，土地已經被石油和天然氣勘探破壞。
巴爾策和她的同事們在附近的斯科蒂溪研究營地開展研究，他們正在研究永久凍土融化如何在整個地區產生影響。他們每年三月開始，像猞猁一樣在雪地上駕駛雪地摩托。隨著陽光越來越強烈，冰雪融化，湖泊成為研究生劃獨木舟的交通路線。到了九月，雪又覆蓋了地面，科學家們收起帳篷，拆下他們的簡易臥推架（兩個 40 磅的沙袋掛在木頭上），然後回家過年。
斯科蒂溪是加拿大西部北方泰加林中唯一的科研站。它是森林地球觀測網路（FORESTGeo）的一部分，這是一項由史密森尼熱帶研究所牽頭的全球性努力，旨在瞭解全球變暖如何改變地球的森林。它是 NASA 的 ABoVE（北極北方脆弱性實驗）計劃的少數幾個實地驗證站之一，該計劃旨在幫助瞭解變暖的亞北極地區在下個世紀將如何應對氣候變化。
氣候模型表明，如果人類繼續以目前的速率排放，到 2100 年，永久凍土可能會損失 37 至 174 吉噸的碳，這來自今年四月發表在《自然》雜誌上的一項研究。大部分釋放將以二氧化碳和甲烷的形式出現。奧巴馬總統在今年八月在阿拉斯加舉行的一次會議上強調了這一風險。
他說：“如果我們什麼都不做，預計到本世紀末，阿拉斯加的氣溫將上升 6 到 12 度，從而引發更多的融化、更多的火災、更多的永久凍土融化，這是一個負反饋迴圈，一個迴圈——變暖導致更多的變暖——我們不想成為其中的一部分。”
陷入變暖的未知
在斯科蒂溪，37 歲的巴爾策在避風處與她的同事們聊天，這個半永久性的避風處同時也是廚房和會議廳。2014 年，一場大火摧毀了鵝湖對面的森林，將所有地面植被都變成了木炭。巴爾策在燃燒地點安裝了實驗站，以追蹤森林的恢復情況。
威爾弗裡德·勞裡埃大學的水文學家比爾·昆頓提到，他在燃燒地點進行的實驗可能會與巴爾策的實驗重疊。巴爾策要求他消除重疊，他同意了。
巴爾策全心投入到她在北方森林和北極的研究中。今年夏天，她花了六週的時間進行實地考察，研究西北地區 2014 年的火災季節（有史以來最嚴重的一次）如何影響北方森林生態系統。她正在進行三個研究專案，並正在與史密森尼和 NASA 就其中兩個專案進行協調。繁重的工作讓她無法陪伴兩個年幼的女兒。
當巴爾策談論她的研究時，她的話似乎直接來自一份資助申請。
“（北方森林）是地球上如此龐大的生物群落，因此，該系統的變化會對全球氣候產生直接影響，”一天晚上，她坐在伸入鵝湖的碼頭上說。蒼蠅在周圍飛舞，一隻潛鳥在背景中發出笑聲。
“我沒有很好地解釋這一點，”她突然嘆了口氣說。
北方森林覆蓋歐洲、亞洲和北美 530 萬平方英里，是一個古老的碳匯。大約 20,000 年前，覆蓋整個加拿大的冰蓋退回北極。針葉林迅速向北擴張，它們的根牢牢地紮在永久凍土上。
當地球進入 11,500 年前類似夏季的全新世時期時，一些永久凍土的南部地區融化，那裡的森林變成了沼澤和溼地，在加拿大被稱為 muskeg。從這個意義上說，北方森林一直是一個不斷變化的景觀。
50 歲的昆頓在 1999 年與一位同事乘坐直升機來到鵝湖。該地區位於麥肯齊河三角洲，那裡是讓瑪麗河第一民族部落成員傳統上狩獵駝鹿和馴鹿的地方。從空中看，這片土地看起來像是泥沼，並且越來越多，被針葉林分隔開來。
泥沼是特殊的表面。它們由莎草和泥炭蘚覆蓋層組成，下面主要是開放的水域。直升機飛行員是個新手。他盤旋在離地面 10 英尺的地方，對著科學家們喊道：“好，把你們的東西扔出去！現在！”
昆頓看著他的同事，他的同事也回望著他。他們扔掉了揹包，揹包落在泥沼上濺起水花，並迅速沉了下去。科學家們跳了出來，沉到腰部。“哦，我的天哪！這太糟糕了，”昆頓喊道。
他發現針葉樹似乎生長在穩定的地面上。這是由於永久凍土的一個特性。冰凍將土壤從溼地中抬起，形成足夠乾燥的平臺，讓樹木可以在其上生長。如果沒有永久凍土平臺，樹根就會被淹死。
“如果樹能站立，我就能站立，”他想。科學家們走到高原並建立了他們的研究站，該研究站以一位在此地附近生活和去世的蘇格蘭隱士的名字命名。
除了紮根樹木，永久凍土還充當碳的儲藏庫。一項研究估計，北方森林中儲存了大約 1,095 吉噸的碳，其中約 95% 儲存在土壤中。其中不可量化的部分存在於類似於斯科蒂溪的冰凍、富含泥炭的土壤中。總的來說，北方森林是世界上最大的碳匯之一。
森林變成了沼澤
科學家們擔心永久凍土會融化，由部分腐爛的古代植被殘骸組成的深層碳儲量會變幹並分解，從而向大氣中釋放碳。但是他們一直難以準確地模擬問題的規模，其確定性太低，以至於這些資訊對決策者毫無用處。
氣候建模師使用計算機以數學方式表示地球並預測其未來，他們在模擬中不使用這些值。他們目前的模型發現，在世界接近危險氣候變化的閾值之前，各國還可以排放 485 吉噸的二氧化碳。但是，如果沒有永久凍土的釋放，這個碳預算可能會被高估。
四月給鵝湖帶來了春季解凍，並開始了生長季節，自 1980 年代以來，生長季節每十年提前一天半。自 1970 年以來，氣溫升高了 4 華氏度。冬季氣溫升高了 7.3 華氏度。
變暖在這個冰凍的、富含泥炭的景觀中引發了連鎖反應，這種情況也發生在環極亞洲和歐洲。永久凍土通常在此處地下 1.6 英尺處出現，但在某些地方已降至 10 英尺，而在另一些地方則完全消失。永久凍土高原已經坍塌並形成了沼澤。
自 1947 年以來，鵝湖 30% 的土地已經從北方森林轉變為溼地。巴爾策說，21 世紀初的森林損失率是過去幾十年來的三倍。她對附近 50 英畝的土地上的每一棵樹都進行了普查，以檢視隨著時間的推移物種組成是否有任何變化。她還在跟蹤土壤碳的變化和光合作用的速率。她將在五年後重新進行測量以跟蹤任何變化。
“由於永久凍土融化，景觀正在重組，”昆頓說。
但融化並不一定意味著斯科蒂溪的碳淨損失。41 歲的大氣科學家和夢想成為水上飛機飛行員的奧利弗·松納塔格密切關注著從一個 90,000 美元、165 英尺高的塔頂上的監測站進入和離開該地點的二氧化碳和甲烷。今年八月，他派他的現場技術員卡羅琳·維什涅夫斯基去清潔感測器。一條大蜘蛛出現在她頭頂的吊帶繩上，維什涅夫斯基盯著它。她通常對北方生活的挑戰毫不畏懼，這種態度反映在她在避風處懸掛的木牌上，上面寫著“生活不是與小馬一起生活”。
“我不喜歡蜘蛛，”她對著松納塔格喊道，然後平靜地擦亮了感測器。這裡的測量遵循 FLUXNET 建立的協議，FLUXNET 是一個由 500 個站點組成的全球網路，跟蹤二氧化碳、水和能量平衡的區域性變化，以便構建地球系統變化的詳細影像。松納塔格說，這個塔的安裝特別困難，因為它建立在容易退化的永久凍土中。三年多來，地面已沉降了 20 釐米。
“如果永久凍土[完全]融化，那麼這個東西就失去了地基，它就消失了，”他站在塔底說道。
索南塔格還在追蹤水中通道所攜帶的碳量，因為沼澤地排入馬更些河，最終匯入北冰洋。索南塔格認為，總體而言，斯科特溪的景觀變化釋放的碳量與其植物進行光合作用吸收的碳量大致相當。特別是泥炭蘚，生長茂盛。
火災幫助二氧化碳匯轉變為源
“總的來說，這些初步結果表明，甲烷的排放量有所增加，但同時，二氧化碳的吸收量也在增加，”他說。一旦沼澤地在未來排幹並乾燥，它們可能會成為二氧化碳的來源。
斯科特溪碳平衡的複雜性說明了為什麼很難預測隨著地球變暖，北方森林匯是否會成為碳源。哈佛大學的環境科學家史蒂文·沃夫西在去年10月的一次採訪中表示，有兩個大的、相反的趨勢將決定它的命運。
北方森林的北緣正在向無樹的苔原地區擴張，這是對更長的生長季節和更溫暖的氣溫的響應。在像鵝湖這樣的中間地帶，沼澤地的二氧化碳吸收量正在增加。
但在北方森林的南緣，比斯科特溪更靠南的地方，溫度變化超過了降水，樹木正在死亡。在整個極地周圍的北方森林中，野火——這是一種將土壤中被困碳快速轉化為二氧化碳的方式——變得更加頻繁，燃燒面積也更大。
“一個令人擔憂的問題是，目前乾燥的條件會促進更大規模、更嚴重的火災年景更加頻繁地發生，”巴爾策說。
科學家們在2014年6月在斯科特溪目睹了這種威脅，當時，一場破紀錄的乾旱和火災季節中，閃電引燃了永久凍土高原。該省派遣油罐車來滅火，火災結束後，地面被燒焦了。科學家們進行實驗，以觀察燒焦的地面是否會加速融化。昆頓正在研究生態系統中的水流，而巴爾策正在研究該地區和西北地區的其他30個地點發生野火後植被如何恢復。
科學家和研究生們有時在這個偏遠的營地裡彼此相處數月，沒有現代的干擾，他們之間會不停地互相開玩笑。
今年8月，在燃燒地點，燒焦的樹枝和木棍從黑色的地面上伸出來。點點綠色表明植物正在尋找立足之地。在燃燒地點的邊緣，永久凍土高原已經坍塌成沼澤地。消防阻燃劑的亮橙色幾乎看不見。
到目前為止，科學家們發現，永久凍土層在幾個月內下降了近8英寸，昆頓說。無人機的嗡嗡聲充滿了空氣，機器出現在視野中，高高地在樹冠上方，由一名研究生操縱，拍攝景觀變化。
“那是巴爾策，她在天空中的眼睛，”昆頓說。“我擔心它上面會有一個擴音器，‘昆頓，回營地去！’”
明天：當變暖的苔原燃燒時。
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