NASA正在研究北极野火 如何改变世界

2014年，加拿大西北地区的大型火灾烧焦了700多万英亩的森林，释放到大气中的碳量是加拿大所有植物和树木全年吸收碳量的一半。
版权：NASA/ 彼得•格里菲斯（Peter Griffith）

北极地区的野火燃烧通常发生在远离人烟的地方，但在世界各地都能感受到其影响。通过实地调研、实验室研究以及机载项目和卫星观测，美国国家航空航天局（NASA）正在研究为什么北方森林和冻原火灾变得更加频繁和剧烈，以及这对气候预测、生态系统和人类健康而言意味着什么。

北极地区的野火经常发生在距离人口集中区很远的地方，但全球都能感受到其影响。从实地调研和实验室研究到机载项目和卫星观测，NASA正在研究气候变化是如何对更加频繁和剧烈的北方森林和北极地区的火灾产生影响，以及这对气候预测、生态系统和人类健康而言意味着什么。
版权：NASA/ 凯蒂•杰普森（Katie Jepson）

NASA位于马里兰州格林贝特的戈达德太空飞行中心的北方火灾研究员利兹•霍伊（Liz Hoy）表示：“火灾是生态系统的自然组成部分，但我们现在所看到的是一个加速的火灾循环：我们正在面临越来越频繁和严重的火灾以及更大的燃烧面积。”Hoy正与NASA的“北极—北方脆弱性”（ABoVE）实验项目合作，该项目是一个全面综合的实地调查活动，旨在探索北极和北方生态系统和社会对环境变化的适应能力。

北极地区的野火与中纬度地区的火灾不同，比如加利福尼亚州和爱达荷州的火灾。举个例子来说，美国本土48个州的火灾通常是由人为因素引起的，而且会被尽可能最快的速度扑灭，因为这些火灾会对生命和财产构成威胁。然而，在北方森林和冻原，野火主要是由雷击引起的，除非它们威胁到重要的基础设施或人类定居点，否则通常会被放任燃烧。因此，这些火灾往往越来越大，烧毁了数十万英亩的植被。

另一个与低纬度野火的不同之处是，北极火灾的大部分碳排放来自有机土壤燃烧，而非树木和灌木燃烧。

Hoy表示：“北极和北方地区的土壤非常厚，含有大量有机物质，由于土壤要么是冰冻的，要么因温度有限而养分稀少，土壤中的有机物质分解不了多少。”

北方森林和冻原厚实而富含碳的表层土壤充当着地表有机覆盖物下面永久冻层 – 永冻层的保温层。

Hoy表示：“当你在上层燃烧土壤时，就好比你有一个冷却器，并且你打开了盖子中：下面的永冻层融化了，使得土壤分解和腐烂，这样你就把更多的碳排放到了大气中。”

研究人员在加拿大萨斯喀彻温省（Saskatchewan）为NASA的ABoVE项目进行实地考察时，挖出并测量一大块土壤。北极和北方地区的土壤有非常厚的有机垫，当被野火燃烧时，会向大气释放大量的碳。
版权：桑德•维拉韦贝克（Sander Veraverbeke）

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ABoVE 项目最近的一项研究发现，仅加拿大的一个火灾季已向大气中排放了如此大量的碳，以至于抵消了加拿大所有广袤森林通过全年的树木生长而从大气中消耗的碳的一半。因此，北极地区的野火不仅受到全球变暖的影响，而且还反过来加剧了气候变化。全球变暖导致夏季更温暖、更干燥，为野火创造了干燥的打火匣环境。

Hoy表示：“我有时听到有人说，’北极没有那么多人，为什么我们不能放任野火燃烧，为什么这如此重要？’但发生在北极的事情并不仅仅在北极范围内产生影响，那里正在发生的变化与全球都有联系。”

正在改变的地貌

火灾引起的永冻层融化导致地面下陷和土壤塌陷，形成蜂窝状景观。在一些地方，形成了新的湖泊。在另一些地方，由此形成的空心地形，即热喀斯特地形，使地貌变得干涸。

阿拉斯加大学费尔班克斯分校的永冻层研究人员Go Iwahana与ABoVE项目一起合作，他表示：“受火灾影响的地区是会恢复还是会继续下陷取决于地表之下有多少地下冰。其他起作用的因素还包括火灾对地表有机层造成的伤害有多严重，以及被烧毁地区在火灾发生后的天气状况。”

永冻层的消失不仅改变了千百年来一直稳定的地貌，也意味着一项历史记录的无法挽回的丧失。

Iwahana表示：“就像南极洲和格陵兰岛的冰芯一样，我们通过观察水同位素、气体含量和永冻层冰结构的变化来了解过去发生了什么。建模专家和火灾专家预测，未来北方和冻原的火灾数量将会增加，这将加剧永冻层融化，导致永冻层中所包含的古信息丢失。”

水文过程的改变，以及火灾如何改变植物物种的分布，最终将改变当地的生态系统。

Hoy表示：“在一场剧烈火灾之后，我们可以看到陆地的总体植被构成发生了变化。这将改变能够生活在那里的哺乳动物物种，以及人们如何利用这片土地，比如打猎。”

阿拉斯加的两种主要狩猎物种，北美驯鹿和驼鹿，对烧毁地貌的反应截然不同。在一场大火后的最初几十年里，驼鹿群为了寻找重新生长的年轻植被而进入特定区域。但是驯鹿的饮食非常依赖于生长缓慢的地衣，而地衣需要很长时间才能恢复。

阿拉斯加大学阿拉斯加火灾科学协会的协调员艾莉森•约克（Alison York）表示：“野生动物管理方面的一个主要担忧是，火灾可能会限制北美驯鹿的活动范围。”

对健康的影响

野火释放出大量的颗粒物，这些颗粒物对呼吸系统和心血管系统均有害，并可以通过风被传播到很远很远的地方。

马里兰大学帕克分校的教授塔蒂亚娜•洛博达（Tatiana Loboda）表示：“我们听到了很多关于火灾对健康影响的说法，但所有这些研究都来自单一的、通常是短期的火灾事件。在北方森林地区，火灾很常见，规模非常大，会产生大量烟雾。即使不是住在附近的人们也会年复一年地长时间被暴露在其影响中。”

Loboda最近通过ABoVE启动了一个项目，旨在研究暴露于森林火灾产生的颗粒物对阿拉斯加人民健康的影响。仅在今年的火灾季，阿拉斯加州就发布了30多条空气质量警告。虽然Loboda的研究仅限于阿拉斯加，但是野火影响了全球的公共健康。

Loboda计划将土著社区对野火的暴露程度与健康状况进行对比，她表示：“火灾通常发生在温暖的月份，那时人们有很多时间进行户外活动，尤其是土著居民从事捕鱼和狩猎等维持生计的活动。他们缺少任何形式的保护，比如在室内关着窗户开空调。”

在阿拉斯加三角洲交界处附近被烧毁的地区，矗立着死去的黑色云杉。右边的是南加州大学的研究生理查德•陈（Richard Chen），他正在整个燃烧区域内挖掘土壤取样坑，以采集土壤的有机碳含量样本，测量冻土层的深度，并为NASA的 ABoVE 项目进行土壤湿度的电子测量。
版权：NASA /彼得•格里菲思（Peter Griffith）

Loboda的研究中，将使用阿拉斯加公共卫生部的住院记录来分析有多少人在火灾季生病。她还将分析NASA的卫星数据，结合计算机模型，将使她能够创建一个详细的每日燃烧记录，以及全面的燃料类型清单，燃烧的绿色植物种类和火灾剧烈程度结合起来决定了会有多少颗粒物产生。

Loboda表示：“在过去的20年里，阿拉斯加经历了有记录以来最大的三个火灾季，而与此同时，阿拉斯加的人口在不断增长。越多的人口分散，某人在任何一年的某个地方受到影响的可能性就越大。”

如欲了解更多关于ABoVE项目的信息，请访问:
https://above.nasa.gov/

来源：
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-studies-how-arctic-wildfires-change-the-world