野火正在改變阿拉斯加並加劇氣候變化

On 2019年6月5日，一場異常早春雷暴的閃電點燃了阿拉斯加中南部基奈國家野生動物保護區深處的一場大火。五月底的高溫逆轉了潮溼的春天，並迅速曬乾了森林地面。由此產生的斯旺湖大火，發生在斯特林東北約五英里處，隨著異常溫暖的天氣持續，無情地蔓延了一個月。到7月9日，超過99,000英畝的土地被燒燬，超過400人正在撲滅火焰。8月17日，強風改變了火勢方向，導致多人撤離。大風還吹倒了電線，引發了新的火災，包括德什卡登陸點火災和快速蔓延的麥金利火災，後者吞噬了超過130所房屋、企業和附屬建築。幸運的是，沒有人死亡。

斯旺湖大火一直燃燒到十月，過期的降雨最終幫助消防員控制了這場大火，此時已有167,000英畝——261平方英里——的土地被燒焦。在為期五個月的大火期間，騎警不得不反覆關閉斯特林高速公路，這是該地區唯一的交通要道。衛生官員釋出了關於“不健康”甚至“危險”的煙霧空氣的公共警告，這些空氣中充滿了微小的顆粒物，可能會損害肺部，這種情況在六月、七月和八月的南部中區（該州60%人口的所在地）平均每三天發生一次。依賴旅遊業的企業損失了20%的季節性收入。

冬季的降雪和寒冷提供了一段喘息的機會，但在2020年1月，一個雪地摩托車道維護隊報告說，德什卡登陸點火災發生的地方有煙霧。當消防員趕到時，他們發現火災從未完全熄滅。它在地下悶燒了四個月，然後從積雪中再次出現。隨著該州在六月再次變得溫暖乾燥，有報告稱斯旺湖大火發生的地方有煙霧。它已經度過了八個月的冬季和春季，並重新燃起。

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這些所謂的殭屍火災——被認為已熄滅但又復燃——正在爆發，因為氣候變化使阿拉斯加的火災季節變得更熱更長。從2005年到2017年，阿拉斯加和加拿大西北地區的消防管理人員報告了48起殭屍火災或餘燼火災，這些火災在漫長的冬季中倖存下來。阿姆斯特丹自由大學的遙感專家麗貝卡·斯科爾滕與阿拉斯加消防管理人員合作，透過回顧衛星影像，發現了另外20起未記錄在案的火災。這種不尋常的現象發生在整個北部高緯度地區，它是造成2020年3月和2021年3月西伯利亞北部極早期火災的原因。

殭屍火災可能會再次發生，因為在北部生態系統中，樹木不是唯一的——甚至不是主要的——燃料。一層厚厚的、有機的活的和死的植物材料覆蓋著無樹苔原和南部針葉林的地表。這種緻密的泥炭層，稱為腐殖質層，是每年夏天死亡的地表苔蘚和凋落物的積累，其分解因這些高緯度地區的低溫而減緩。腐殖質層的厚度範圍為3到20英寸（8到50釐米）。它可以積累數百年，隨著時間的推移變得越來越緊實和緻密。

腐殖質層的表面是一層綠色的薄層，主要由羽毛苔蘚組成，羽毛苔蘚沒有根或維管系統，而是直接從空氣中吸收水分。它們的水分含量幾乎隨著相對溼度的變化而瞬間變化；即使在下雨之後，苔蘚也可能在數小時內變得足夠乾燥以燃燒。氣候變化給北部高緯度地區帶來的更長、更熱、更乾燥的夏季和更短的冬季正在將大片森林地面和樹木變成易燃物，閃電或粗心的人很容易將其點燃。

北部高緯度地區的野火正在增加頻率和規模。它們也在改變景觀和生態系統。除了作為燃料外，腐殖質層還是底層凍土的卓越絕緣體——以至於它一直使阿拉斯加的大部分地表下保持冰凍狀態，自更新世以來。每半英寸的厚度使底層的多年凍土（保持在冰點以下兩年或更長時間的地面）溫度降低約1華氏度（0.6攝氏度）。但是，如果燒掉足夠的腐殖質層，底層的多年凍土就會融化，將阿拉斯加的部分地區變成鬆軟、坍塌的地面。紮根於這種融化地面的樹木可能會以各種角度傾斜，就像隨意擺放的比薩斜塔一樣。

大面積的野火也在加速氣候變化。大型火災會向大氣中釋放驚人的二氧化碳量。其中大部分來自腐殖質層，而不是樹木。北部高緯度地區厚厚的腐殖質層儲存了地球上所有土壤碳的30%到40%。據美國宇航局地球科學部的克里斯托弗·波特稱，2015年阿拉斯加內陸地區的嚴重野火燒燬了510萬英畝土地，從現有植被中釋放出約900萬噸碳，從腐殖質層中釋放出1.54億噸碳。（該計算包括隨後兩年因分解和侵蝕而損失的碳。）二氧化碳總量相當於2017年加州所有汽車和卡車排放的二氧化碳量。隨著更多地面融化，腐殖質層下層冰中的冰融化並排出，使腐殖質層進一步乾燥，使其更容易深度燃燒。這種反饋迴圈很可能會擴大燃燒面積，加劇數百萬人的健康問題，並使氣候變化比以往任何時候都更快。反饋甚至可能將整個區域從吸收碳多於排放碳的區域轉變為排放碳多於吸收碳的區域。

溼潤但乾燥

人們傾向於認為阿拉斯加多雪且不太可能燃燒，但該州的大部分地區，尤其是內陸地區，都屬於大陸性氣候，冬季漫長而寒冷，但夏季溫暖且相對乾燥。如果您在夏季飛越阿拉斯加內陸地區，您會看到一片廣闊的綠色景觀，包括森林、草地和湖泊。鬱鬱蔥蔥的外觀具有欺騙性，因為該地區降水很少。春季緩慢而持續的融雪和冬季每年重新凍結的腐殖質層正下方的“活動層”的融化為綠化提供了水分，但腐殖質層表面可能會在一兩週的溫暖天氣後變得像沙漠一樣乾燥。

北方森林是地球上最大的林地生物群落，佔全球森林面積的30%。它們也是最易發生火災的北部生態系統。阿拉斯加內陸地區的北方帶以黑雲杉為主：小型、生長緩慢的樹木，形成茂密的林地。它們的樹枝一直延伸到腐殖質層中，為火災提供了階梯。作為過去7000年來阿拉斯加的主要針葉樹，黑雲杉已經適應了火焰；它們的球果簇生在樹的頂端，並在火災後張開以散播種子，這有助於重建生態系統。

幾十年來，阿拉斯加的消防管理人員一直在監測偏遠地區的火災，通常允許它們燃燒，以更新依賴火災的生態系統；畢竟，阿拉斯加的大部分地區很少有需要保護的居民區或基礎設施。這種經濟高效的方法幫助阿拉斯加在很大程度上避免了美國本土48個州常見的森林過度生長或枯木過多的問題。這種方法也意味著在阿拉斯加，研究人員可以看到氣候是如何改變野火的，而沒有人類干預的強烈影響。

直到最近，火災通常會殺死樹木，但不會深入滲透到腐殖質層中，因為下層的水分阻止了更深層次的燃燒。嚴重、深度的燃燒總是發生在特別炎熱和乾燥的條件下。在它們之後，通常會出現草地、灌木地和闊葉林（樺樹、楊樹和白楊）的鑲嵌景觀，取代雲杉。現在，這些極端事件正在增加。近年來，阿拉斯加的森林火災打破了記錄，燃燒面積更大、強度更高、持續時間更長。每年燃燒一百萬英畝或更多英畝的季節比30年前頻繁兩倍。

整個北極-北方地區的升溫速度是溫帶地區的1.5到4倍。阿拉斯加在過去50年中升溫了華氏4度，國家公園管理局阿拉斯加地區的戴維·斯旺森在2021年發表的證據表明，自2014年以來，升溫甚至更快。這種“北極放大效應”主要是由海冰和陸地冰的消失驅動的，這留下了更大面積的較暗海洋和地面覆蓋物，它們比冰或雪吸收更多的陽光。

冬季升溫快於夏季，但累積效應意味著積雪現在比1990年代晚一週形成，早兩週融化，使腐殖質層一年中更多的時間處於乾燥狀態。火災季節至少比30年前長一個月，給各機構增加了延長消防員和飛機合同的壓力。2016年，阿拉斯加創下了火災季節長度的紀錄：跳傘消防員（他們跳傘進入偏遠地區）記錄了他們當時57年曆史上最早的一次火災跳傘，發生在4月17日帕爾默附近。阿拉斯加林業部門在10月初仍在安克雷奇附近撲滅火焰——當時的風非常寒冷，以至於從頭頂直升機吊桶中潑灑的水都結冰了。

與火災蔓延密切相關的極端高溫天氣也在增加。在2019年，即斯旺湖和麥金利火災發生的年份，安克雷奇創下了32項新的高溫紀錄，並首次經歷了華氏90度的高溫。根據最新的氣候模型，預計到本世紀中葉，阿拉斯加內陸地區年平均氣溫高於華氏77度（乾燥可燃植被的關鍵閾值）的天數將增加一倍。

全球範圍內正在發生更多的高緯度火災。在北極圈內，2020年是衛星觀測到的野火創紀錄的一年，2019年排名第二。在西伯利亞，估計表明2020年有超過18,000起火災燒燬了3500萬英畝土地——令人震驚的數字。附近的氣溫異常現象非常顯著。6月20日，與阿拉斯加北部處於同一緯度的維爾霍揚斯克鎮創下了紀錄：超過華氏100度。在該地區，降水量非常低，融雪是有測量記錄以來最早的，測量始於1967年。俄羅斯薩哈共和國的火災季節現在比十年前長兩週，早期報告表明，西伯利亞2021年截至7月的火災季節比2020年同期更為廣泛。5月，冰島釋出了該國首個野火危險警報。引發這些火災的因素與阿拉斯加的因素相同。

多年凍土和閃電

黑雲杉燃燒起來非常壯觀，但大部分被燒成煙霧的生物質是腐殖質層本身。森林地面每英畝可容納40到100噸燃料。樹木本身每英畝增加約30噸，即便如此，火焰通常也主要消耗針葉和樹枝，留下更密集的樹幹站立。

腐殖質層具有緊湊但通風的分層結構，是下方凍土的極佳絕緣體。這些地區的多年凍土分佈廣泛，已有數萬年的歷史。預計到本世紀末，僅因變暖，阿拉斯加就會失去25%的多年凍土面積。火災可以加速這一過程。當火災留下不到5英寸的隔熱腐殖質層時，下方的多年凍土可能會大量融化和退化。在阿拉斯加的中緯度地區，火災可能會引發足夠的融化，以至於除非再次進入冰河時代，否則多年凍土將永遠不會恢復。

火災引起的融化的極端例子是2007年的阿納克圖武克河火災（ARF），該火災燒燬了阿拉斯加最北端地區（北坡，緯度70度）的250,000英畝苔原。北極圈（緯度67度）以外的火災很少見；研究人員沒有如此嚴重的北部火災記錄。7月，閃電點燃了ARF。儘管它似乎在8月就熄滅了，但它在無樹表面的腐殖質層下靜靜地悶燒，然後在溫暖的9月重新爆發。火焰向廣闊的區域散發出濃煙，使遠處村莊的居民窒息。土著獵人說，煙霧正在擾亂秋季馴鹿的遷徙。極度乾燥的秋季天氣使ARF深入乾旱的腐殖質層中燃燒，以至於它持續悶燒到10月，當時湖泊已結冰，該地區再次被積雪覆蓋。最終，超過400平方英里的連續多年凍土地形被燒燬。

這場火災非常特殊，以至於我們中的一位（揚特）代表土地管理局阿拉斯加消防局發起了一項關於植被和活動層影響的研究。2008年7月初，即隨後的北極夏季開始時，研究小組乘坐直升機抵達ARF。通常，北坡在每年的這個時候都是寒冷、多風和毛毛細雨的。相反，直升機降落在晴朗的藍天下的焦土海洋上。氣溫高達華氏80度——對於厚重的飛行服和絕緣靴來說太熱了。天氣如此炎熱乾燥，以至於通常成群結隊的蚊子都消失了，取而代之的是成群的蚋。

調查小組看到積雲從溫暖的上升氣團中形成，這可能是雷暴的燃料。阿拉斯加內陸地區的居民習慣於看到夏季的熱量引發強雷暴，尤其是在六月和七月，那時陽光幾乎每天照射24小時。閃電引發的火災佔阿拉斯加和加拿大苔原和北方森林燃燒面積的90%。但北坡的閃電一直很少見。一位因紐皮亞特長老，也是烏特基亞維克（以前稱為巴羅）的終身居民說，她在1992年之前從未見過雷暴。

氣候變化正在增加美國各地的閃電活動，其中最高緯度地區的變化最大。加州大學伯克利分校的戴維·羅姆斯在2014年的一項研究中預測，每升高華氏1.8度（攝氏1度），美國本土48個州的閃電就會增加12%。阿拉斯加大學費爾班克斯分校的彼得·別尼克在2019年進行的一項分析顯示，過去30年中，阿拉斯加全州的閃電增加了17%；在某些地區，這個數字高達600%。阿姆斯特丹自由大學遙感學教授桑德·維拉維爾貝克建立的模型預測，到2050年，阿拉斯加的閃電將增加59%，導致閃電引發的野火增加78%，燃燒面積增加50%。2021年的一項研究發現，從2010年到2020年，北極本身的閃電增加了兩倍。

阿拉斯加北極地區的升溫幅度是該州任何地方中最劇烈的，隨之而來的是閃電的激增。從1976年到2018年，烏特基亞維克的年平均氣溫升高了華氏11.4度，秋季氣溫升高了華氏18度。

變化之地

調查小組在2008年至2018年期間在北坡ARF地區收集資料時注意到的變化與嚴重火災蔓延到阿拉斯加和整個北部後的變化相似。每次研究小組到達燃燒區域時，都會記錄植物覆蓋率，並將金屬探針沿著許多樣線推入地下，以測量活動層。融化的土壤深度每年都在增加，從火災發生一年後在燃燒區域外進行的相同測量值大4英寸，到四年後深7.5英寸。十年後，活動層顯示出恢復跡象，可能停止了融化深度的增加。

儘管如此，這些測量結果並不能傳達ARF上發生的地面變化的程度。當地下多年凍土融化和水流失時，整個地表皮膚都滑動和破裂了。由於多年凍土的體積正在瓦解，大片土地開始下沉或沉降。從直升機上看，無樹區域的大部分看起來像棋盤狀的土方格；勾勒出每個方格的黑暗、裂縫狀的通道正在顯著加深。寬度達200英尺的隕石坑張開，融化使斜坡不穩定——這種現象被稱為熱喀斯特大規模損毀。地下冰楔在6萬年中從未見過陽光，現在露出來了，散發出死恐龍的味道。

為了繪製不斷變化的土地，美國地質調查局的遙感和多年凍土專家本·瓊斯和卡森·鮑曼於2017年加入了考察隊。瓊斯使用機載雷達證實，地面沉降很普遍，深度從4英寸到40英寸不等。燃燒區域東半部大部分地區的表面粗糙度（沉降的量度）增加了三倍，使景觀具有更深的通道、更高的土墩和更多的表面積。

瓊斯和鮑曼在燃燒區和未燃燒區留下了探針，這些探針繼續記錄溫度。測量結果表明，燃燒區6英寸深處的土壤年平均溫度比未燃燒區高華氏2.7度，夏季最高溫度比未燃燒區高華氏11度。顯然，這種變暖危及多年凍土，但也影響了將主導該地區的植物。ARF火災十年後，高大的灌木、草和其他維管植物（其中一些以前很少見）大量增加。在較溫暖的土壤中，生長迅速的草和柳樹灌木可以勝過生長較慢的苔蘚、地衣和矮灌木，後者在火災前很普遍。與生長緩慢的苔蘚相比，這些新來者每年為燃料層增加了更多的乾燥凋落物。這可以解釋為什麼在ARF發生十年後的2017年，在2007年燃燒範圍內的區域內又出現了兩個新的火災疤痕，每個面積約為100英畝。在燃燒區域內，僅10年內再次發生火災是不尋常的，在燃燒區域內，隨後兩次火災之間可能間隔數百年。

匯還是源？

研究人員正在努力瞭解北部高緯度地區不斷變化的火災的後果。直接影響，如溫室氣體排放、空氣質量差和基礎設施損壞，是顯而易見的。可能出現的次要影響難以預測。一些是預期的，例如由於燒焦的黑色表面、起伏的景觀以及燃燒植物重新發芽或重新播種而導致的夏季土壤變暖。季節性融化的土壤可能會加深；如果存在多年凍土，則可能會沉降。隨著冰融化，低窪地區可能會暫時變得更溼潤，從而有助於草、灌木和落葉喬木的生長。

然而，隨著時間的推移，苔原中更多的灌木可能會使地面更加溫暖。一方面，它們積雪更多，這會將地面與寒冷的空氣隔絕。隨著融化的加深，燃燒的山坡和山脊可能會變得更加乾燥，從而允許更多的地下排水；新的感測技術揭示了燃燒區域深處的“融區”——未凍結的土壤袋——這在多年凍土中建立了融化通道。在北方森林中，棲息地的變化和樹冠的改變改變了動物的遷徙模式。溫暖土壤中的微生物會消化腐殖質層和融化的多年凍土中更多的古老碳，將其轉化為溫室氣體，包括甲烷。

北方和苔原地區更多地燃燒，以及級聯生態系統變化，具有全球影響，只有大型計算機模型才能估算。模型預測，到本世紀末，北方地區的燃燒量可能會翻倍甚至翻兩番，從普遍存在的腐殖質層中釋放出大量的碳。這種轉變可能會將該區域從碳匯轉變為碳源，這將加劇全球氣候變化。

這可能並不全是壞訊息。一些研究表明，森林組成從雲杉等針葉樹向樺樹和白楊等不易燃的落葉喬木的轉變，以及海冰減少導致降雨量略有增加，可能會抵消預計燃燒面積的部分增加。如果落葉林在火災後取代針葉林，它們可以反射更多的陽光，至少在冬季，當它們的葉子掉光，光線從下面的積雪上反射時，可以緩和氣候變暖的反饋。較溫暖的苔原土壤已經產生了更多的灌木，最終可能會支援樹木，這將從土壤和多年凍土中吸收一些碳到它們的木材中。但魔鬼在細節中。我們需要更好地估算每個因素，以預測反饋將如何展開。

在科學家們從事這些任務的同時，阿拉斯加居民和消防機構正在制定戰略，以便在日益嚴重的火災環境中保護人民、私有土地、基礎設施和自然資源。他們正在透過在城鎮和木屋周圍的森林中進行疏伐或清除可燃灌木和植被來提高消防準備水平。他們還在利用新技術——如衛星影像——進行更早的火災探測以及準確的繪圖和監測。北部高緯度地區更多的火災可能會改變土地和氣候，但阿拉斯加人正在盡其所能，以防止生命和財產遭受災難性損失。