凍土消融 危機四伏

段景頤

房屋沉降、樹木倒伏、病毒復(fù)活、炭疽爆發(fā)、神秘深坑……

在位于北極圈的阿拉斯加，人們發(fā)現(xiàn)自己的房屋正在向地下沉降，原本挺拔的樹木也開始大范圍倒伏。在俄羅斯遠東地區(qū)，原本堅硬無比的永久凍土開始融化，猛犸象的骸骨從融化的凍土中顯現(xiàn)出來。

2016年，位于挪威北極圈永久凍土帶深處、被譽為“末日保險庫”的“斯瓦爾巴全球種子庫”的入口隧道被冰融水滲入。這里保存著從全世界收集來的數(shù)以百萬計的植物種子。該種子庫建立的初衷，是利用北極圈的天然低溫條件，無限期冰凍保存各種植物種子。該種子庫幾乎不需要制冷費用，也不需要維護費。它被視為全人類農(nóng)業(yè)的守護神：一旦世界遭受大范圍災(zāi)難，即便作物全毀，人類也能依靠該保險庫的種子重新恢復(fù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。幸運的是，這次事故中的滲水在抵達種子庫之前又重新結(jié)凍，并未威脅到種子庫里的種子。但通過這次意外，人們認識到斯瓦爾巴全球種子庫并非固若金湯。

病毒病菌復(fù)蘇

如果一個地區(qū)的地面能夠連續(xù)兩年保持冰凍，就能夠被認定為永久凍土。北半球的高緯度地區(qū)有大量永久凍土帶，面積約占北半球所有無冰地帶的25%。

永久凍土是一種由泥土、巖石、冰塊和生物共同構(gòu)成的冰凍結(jié)構(gòu)。永久凍土帶一般位于氣溫極低的高緯度地區(qū)，常年低溫讓凍土能夠持續(xù)冰凍，最久可超過1000年。但如果氣溫持續(xù)升高，永久凍土就會開始消融。

永久凍土內(nèi)部冰冷、黑暗且沒有氧氣，pH值也呈中性，這樣的環(huán)境最利于保存某些停止新陳代謝也不會死亡的生命形態(tài)：微生物、種子和孢子剛好符合這個條件。冰凍只能讓它們暫時處于蟄伏狀態(tài)，只要氣候一轉(zhuǎn)暖它們就會復(fù)蘇。

2012年，俄羅斯科學(xué)家在西伯利亞某個永久凍土帶地下約38米深處，發(fā)現(xiàn)了一處松鼠儲存食物的“倉庫”，在其中發(fā)現(xiàn)了一些種子。碳14測年分析顯示，這些種子誕生的年代是大約3.2萬年前。科學(xué)家將這些種子帶回實驗室培育，其中部分種子成功發(fā)芽。在經(jīng)歷320個世紀后，這些種子開出了花朵。

受這次研究啟發(fā)，法國微生物學(xué)家克萊維里帶領(lǐng)團隊，對當初俄羅斯科學(xué)家采集的永久凍土進行長期研究。4年的研究期間，他們成功復(fù)活了兩種人類從未遭遇過的病毒，而且這兩種病毒都成功感染了實驗室里的變形蟲。

通過這一系列實驗，科學(xué)家能夠直觀地觀察生物的演化歷程。如果想要繼續(xù)探究這兩種古老病毒的祖先，就需要在發(fā)現(xiàn)病毒的凍土區(qū)進行更深層挖掘。目前，科學(xué)家正計劃對150米深的深層凍土進行采樣，他們的目標是距今60萬年前的生物標本。

別看科學(xué)家從凍土中復(fù)活的病毒目前只是感染了實驗室里的變形蟲。隨著永久凍土的不斷融化，能夠感染人類的病原體會再臨人間。20世紀初，俄羅斯境內(nèi)的北極圈地區(qū)有約150萬頭馴鹿死于炭疽感染。這些死亡的馴鹿（還包括一些牛）目前還被埋葬于永久凍土帶的淺層。即便是永久凍土，其淺層也不是全年凍結(jié)，而是會在夏季溫度較高時融化，在冬季又重新凍結(jié)。一旦天氣變暖，永久凍土表面開始融化，100多年前被埋葬的動物尸體中的炭疽桿菌便恢復(fù)生機，向空氣中釋放炭疽芽孢。2016年，俄北極圈地區(qū)72位牧民感染炭疽住院，導(dǎo)致這一大型感染事件的元兇，很可能就是動物尸體中的炭疽桿菌。

除了馴鹿和牛的尸體，在北極圈永久凍土地帶還有大量人類墓地，其中埋葬著死于天花、鼠疫和流感的人類尸體?？茖W(xué)家認為，這些尸體中的細菌和病毒造成新一輪全球瘟疫的可能性不大，更應(yīng)該引起警惕的是那些蟄伏于永久凍土深層，因為某種原因（例如極地礦物開采和建筑開發(fā)）而被帶到淺層的未知史前病原體。在史前病原體面前，現(xiàn)代人類的免疫系統(tǒng)可能根本無法發(fā)揮作用。

病菌和病毒還不是最可怕的，更讓人擔心的是永久凍土融化釋放的碳。原本埋藏于永久凍土中的有機質(zhì)，無論是猛犸象尸體還是古代植物，一旦因為永久凍土融化而重新暴露在空氣中，便會被微生物分解，從而向地球大氣釋放大量溫室氣體。據(jù)估計，永久凍土中含有約1.5萬億噸遠古深層碳，這一碳含量相當于目前大氣總碳含量的2倍。被釋放到大氣中的含碳分子越多，溫室效應(yīng)就越明顯，這反過來又會加快永久凍土融化的速度。

挪威斯瓦爾巴群島，全球種子庫所在地的一部分永久凍土。

人們在西伯利亞等永久凍土帶挖掘猛犸象牙。猛犸象等動物的尸體一旦重見天日，意味著將有大量溫室氣體釋出。

永久凍土中出土的種子，在經(jīng)歷3.2萬年后重新開花。

三種空間分布的永久凍土。

穿過永久凍土帶的鐵軌也難逃地面變形和沉降的影響。

俄羅斯希什馬廖夫島，因為凍土融化造成的海岸線后退大幅度侵蝕人類居住范圍。

危害不可低估

永久凍土融化也威脅著人類的居住地。永久凍土中的冰分為兩類：一類是分布于其中的大塊冰；另一類是遍布永久凍土中，像膠水一樣把所有成分膠結(jié)起來的彌漫冰。彌漫冰融化會讓永久凍土中的土壤形成泥漿，造成地面逐漸下沉和土壤流失。如果構(gòu)成永久凍土的大塊冰融化，便會造成地面突然下陷崩塌。

我們不能因為覺得北極圈都是無人區(qū)，就低估永久凍土融化的危害。俄北部邊疆城市諾里爾斯克就是一座在永久凍土上建立起來的城市。該市建立于1935年，位于北極圈內(nèi)，是一座擁有18萬人口的工業(yè)城市，也是俄鎳礦開采和冶煉的核心城市。

永久凍土地表溫度的變化即使很輕微，也可能對建筑物帶來結(jié)構(gòu)性破壞。30多年前，俄工程師曾經(jīng)計算出當時溫度下永久凍土地基能承載建筑物的最大重量。今天俄永久凍土帶的年均溫度普遍上升，增幅最高的地區(qū)年均溫度上升了3.6℃。因此，當時建筑設(shè)計的可靠度在今天已經(jīng)打折。據(jù)科學(xué)家估計，相較于20世紀60年代，2010年西伯利亞地區(qū)永久凍土地基的承載能力最大下滑可達46%。也就是說，30年前能夠承載10層樓的地基，現(xiàn)在也許只能承載5層樓。

諾里爾斯克政府2015年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，地面融化讓當?shù)財?shù)百棟居民建筑出現(xiàn)不同程度變形。俄北極圈內(nèi)一些城市開始為建筑物地基安裝熱虹吸管，利用水蒸發(fā)和冷凝為地面散熱，防止地基進一步融化。但這種補救只是杯水車薪，無法逆轉(zhuǎn)整個城市地面融化。

北極圈內(nèi)的城市面臨的還只是建筑物坍塌風險，而一些古老的沿海村落則面臨被大海淹沒的威脅。在過去50年里，北極圈海岸線以年均45厘米的速度向內(nèi)陸收縮。北極圈海岸線的消退是永久凍土融化、海平面上升和全年高溫期延長共同作用的結(jié)果。一方面，隨著北極圈冰量減少和海平面上升，波浪可以侵蝕更靠近內(nèi)陸的海岸線。另一方面，永久凍土融化讓海岸線的土壤變得更加柔軟，進一步加快海岸線被侵蝕的速度。

爆發(fā)的甲烷丘

巴塔加卡深坑位于西伯利永久凍土帶，長度接近1600米，深度達100米。許多人認為巴塔加卡深坑是一個巨大隕擊坑。但俄地質(zhì)學(xué)家卻對這個深坑的成因有不同看法，因為巴塔加卡深坑不符合任何已有科學(xué)文獻對隕擊坑的描述。在同為俄北極圈的亞馬爾地區(qū)，科學(xué)家已經(jīng)確認了至少9個類似巴塔加卡深坑的坑洞。

雖然沒人親眼看見這些奇怪深坑的形成過程，但科學(xué)家已提出一種假說：隨著氣候變暖，埋藏于永久凍土中的甲烷水合物（甲烷水合物也叫可燃冰，是一種像冰的物質(zhì)）受熱膨脹并爆發(fā)。在深坑被發(fā)現(xiàn)前，當?shù)胤拍榴Z鹿的牧民聽到附近傳來幾聲巨響。

科學(xué)家在巴塔加卡深坑內(nèi)發(fā)現(xiàn)了高濃度的甲烷，并在深坑周圍數(shù)百米范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量被拋出的土塊。從歷年該地區(qū)的衛(wèi)星照片可以看出，相比1999年，2013年時巴塔加卡深坑的面積明顯擴大。這也證實了巴塔加卡深坑并非隕擊坑。從目前直升機和衛(wèi)星采集的照片估算，北極圈至少有超過10萬個還沒有爆發(fā)的“定時炸彈”。雖然其中大部分是無害的凍脹丘（含水量高的土壤結(jié)凍膨脹，從而將地面抬起），但是科學(xué)家不能確定其中有多少是具有爆發(fā)危險的甲烷丘。

由于永久凍土帶并非人類主要聚集區(qū)，因此各國對永久凍土的認識并不充分。永久凍土帶劇變背后的原因除了正常的自然活動，還有人類活動的影響?？梢钥隙ǖ氖?，這場大解凍將永遠改變永久凍土帶的地表形態(tài)，甚至影響整個地球和生活在地球上的全人類。

巴塔加卡深坑的成因很可能是甲烷爆發(fā)。

永久凍土帶的地面下封存著儲量極為驚人的甲烷等溫室氣體。

冰蓋下潛藏危機

除了永久凍土融化，極地冰蓋融化也會給人類生存帶來威脅。2017年夏季，丹麥氣候?qū)W家科爾根來到位于格陵蘭冰蓋的前美國軍事基地“世紀營”（已荒廢）。他此行目的是考察世紀營的有毒物質(zhì)流出情況。

現(xiàn)在當你來到世紀營，你會發(fā)現(xiàn)這里只有茫茫冰原。但在冰雪覆蓋的地表下約30米處，是一座總面積相當于100個標準足球場、能容納200名士兵工作和生活的大型軍事基地。可是還沒等到冷戰(zhàn)結(jié)束，世紀營便在1967年被徹底廢棄，而當時世紀營的大量有毒廢料（包括污水、放射性冷卻劑、具有致癌效應(yīng)的工業(yè)化學(xué)制品以及大量柴油）還未進行無害化處理。當時美國工程師認為，世紀營所在地區(qū)氣候寒冷，因此這些有毒物質(zhì)將永久封存于冰蓋之下，不會對環(huán)境造成影響。

但近年來的觀測數(shù)據(jù)卻不容樂觀。相比20世紀前83年的年平均冰蓋融化速度，進入21世紀以來，格陵蘭冰蓋的融化速度已達到之前的近4倍。2007～2011年，格陵蘭地區(qū)的冰蓋每年平均融化2900億噸。按照科爾根的預(yù)計，如果洋流變暖的趨勢無法得以控制，75年內(nèi)世紀營的有毒廢物就會開始融化并流出冰蓋。

凍土消融古人“露臉”

永久凍土消融為考古學(xué)家打開了一扇窺探歷史的窗戶。在阿拉斯加北極圈地區(qū)，考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了公元600～1300年的比爾尼克遺址。遺址中出土了一些編織器皿、木制工具和衣物。若不是永久凍土冰冷黑暗的環(huán)境大大減弱了微生物的生命活動，這些特別容易腐爛的古人類制品就根本不可能保留至今，考古學(xué)家也就根本無法知道過去生活在這里的人們?nèi)绾卧谌绱藧毫拥沫h(huán)境中生存。

阿拉斯加極北端的比爾尼克遺址就是眾多這類遺址中的一個。比爾尼克人曾經(jīng)生活在阿拉斯加北部海岸線。但直到考古學(xué)家從阿拉斯加北部的永久凍土中挖掘出了用海豹皮和北極熊皮毛制成的皮大衣、皮靴子和嬰兒穿的皮襖，人們才第一次見到比爾尼克人皮制品上細密的針腳和結(jié)實的縫線，并驚訝于一千多年前的皮制品至今都能完全防水。這些由永久凍土保留的文物，有助于科學(xué)家揭開人類歷史上的一個謎團：為什么1.1萬年前，居住在西伯利亞的人類要不遠萬里，穿越冰封的白令海峽，定居美洲大陸？

但永久凍土的消融也是一把雙刃劍：從融化的永久凍土中顯露出來的遺跡如果得不到及時挖掘，封凍其中的人類制品在接觸空氣后便很快腐爛。而以目前在北極圈工作的考古學(xué)家數(shù)量看，考古發(fā)掘的進度遠遠趕不上永久凍土消融的腳步。