環境氣候：北極圈出現高溫，會有哪些後果？


圖片來源：University of Exeter Flickr (CC BY 2.0)
上周六，俄羅斯維爾霍揚斯克（Verkhoyansk）地區入夏，氣溫達到了37.8℃，創下了新紀錄。這並不是件好事，因為維爾霍揚斯克位於西伯利亞的北極圈內，距離最近的北冰洋海岸線僅有幾百公裏。37.8 ℃的氣溫遠超當地正常水平——該地區6月最高溫度的平均值為20℃。然而，維爾霍揚斯克的人們很可能會再次見證記錄的誕生：保守估計下，北極變暖速度約為地球其他地方的兩倍（還可能更高），這將導致極地動植物的生態混亂。
加拿大麥克馬斯特大學（McMaster University）專門研究北方泥炭野火的山火科學家Sophie Wilkinson指出：“過去幾周的西伯利亞熱浪及其氣溫最高值的增長幅度，是前所未有的。”
沒有冰的北冰洋
北極地區的極端變暖通常被稱為北極放大效應或極地放大效應，這可能是三個因素造成的。第一，隨著全球變暖，該地區的反射率（反射到太空的光量）正在發生變化。
英國愛丁堡大學（University of Edinburgh）全球變化生態學家Isla Myers-Smith 表示：“過去30年來，我們觀察到北極地區的夏季海冰正在急劇減少。”
由於海冰是白色的，它會反射太陽的能量。眾所周知，大家通常會在夏季用這種方法仍保持涼爽。Myers-Smith表示，如果要在炎熱的天氣裏遠足，大多數人都會選擇穿白色T恤，這在北極也是同樣的：“如果海冰在北極融化，那將把白色的反射表麵從海洋上清除掉，取而代之的是顏色更深的水麵，它必然會吸收更多來自太陽的熱量。”
這會讓北極的水域變暖，並有可能使周圍的陸地溫度升高。海冰也會在比以前更晚的時候重新凝結，因為溫度下降所需的時間變得更長了——其中部分原因是冰雪中積聚的熱量需要更長的時間才能耗散掉。“即使北冰洋會在冬季重新結冰，” Myers Smith說，“它也將會是一個較薄的冰層，有可能在下一年的夏天融化，而不是像過去那樣凝成一個在夏天也不會融化的冰層。”
這也與第二個原因——洋流的改變相吻合。洋流通常會將太平洋溫暖的海水帶入北極，再從北極帶出較冷的海水進入大西洋。但是，這些洋流可能正在被改變。因為北極地區的冰山融化會向北冰洋注入大量淡水，而淡水的密度低於海水。因此，淡水會漂浮在海水的上方。與此同時，融化的海冰令這些表層水體暴露在風中的機會更多，從而加快了北極地區淡水冷旋渦環流係統——博福特環流（Beaufort Cyre）的速度，而博福特環流會捕獲更多本應流入大西洋的淡水。這種加速作用將使北冰洋表麵較冷的淡水與下方溫暖的海水混合，進一步提高地表溫度並融化冰層。


北冰洋。圖片來源：wickedweatherwatch.org.uk
第三個原因則是因為洋流會影響天氣。更具體地說，洋流會驅動強大的極鋒急流（polar jet stream），令北半球區域內的冷熱空氣團移動。這是北極與熱帶之間溫度差異的結果。但是隨著北極變暖，極鋒急流現在在南北半球劇烈地起伏：夏季時會向北極地區注入暖空氣，而冬季則向美國注入冷空氣，2019年1月發生的“極地渦旋”就是如此。
Myers-Smith表示：“西伯利亞現在正受到從南方上移的高壓係統和暖氣團影響，而且它們處在失速狀態，待在西伯利亞不走了。這幾年來，我們已經遇到過許多次這種天氣模式了。”這種夏季持續停留在北極上空的暖氣團，會進一步加劇北極海冰以及永久凍土的融化。
這些暖氣團也可能在冬季抵達，對北極生態係統造成嚴重後果。如果地表積雪開始融化，然後再次凍結，將形成難以打破的冰層。Myers Smith 說，“在北極多處，馴鹿滅絕的程度極其劇烈，因為它們無法突破這些厚厚的冰層吃到下麵的植物。”
而且，氣候給生態造成的連鎖效應不止於此。海冰融化讓局部氣候變得更涼爽，形成了空氣和海洋之間的溫度差，從而產生了霧。霧會讓氣溫更低，使植物生長變慢。霧還改變了光照條件——有霧的天氣會使直射下來的陽光更發散。如果霧太濃，植物將得不到足夠的光照。“不過，如果隻有輕霧存在，這可能會對植物有一點幫助，因為更多的散射光有利於植物的光合作用。” Myers Smith表示。
變綠的北極
這樣來看，北極海冰的流失也將對陸地區域產生影響：Myers Smith和同事發現，北極正逐漸變“綠”。
擁有一個翠綠的北極聽上去似乎很棒，但實際上對地球來說這可能是一個嚴重的問題。北極可能會出現入侵物種，但更重要的是原生物種的群落會隨之改變。例如，較高的灌木叢變得越來越豐富，在冬季，它們將固定更多的雪，這會導致風不會吹過低處的苔原凍土地帶。這種“絕緣層”可能意味著土壤不會在冬季降溫，這會加劇永久凍土的融化，從而釋放出溫室氣體，使地球進一步變暖。
永久凍土的融化，會改變北極環境中流動水體的鹽度和整體化學性質。加拿大阿爾伯塔大學（University of Alberta）的永久凍土研究專家 David Olefeldt說：“這些北極土壤中含有大量汞，這些汞已經被凍在土地中很長時間了。我們不知道將有多少汞被流動水體帶向下遊。它們最終會富集到食物網和魚類中，影響當地居民（的健康）和土地利用。”
Olefeldt 和他的同事發現永久凍土融化的速度如此之快，會讓北極圈內的陸地塌陷並蝕刻出巨大的空洞，這種現象被稱為熱喀斯特（thermokarst）。Olefeldt說：“永久凍土不再是堅實的土地，變成了濕軟的沼澤，這會影響牧民和動物的活動。在北極圈內的大部分地區，人們通過養殖放牧馴鹿維生，如果地麵失去堅固性，他們的生計就會受到影響。”
有積極的看法認為，北極地區植物的生長速度增加，意味著植被通過光合作用吸收了更多的二氧化碳。但總的來說，科學家認為，這不會抵消永久凍土融化時釋放的溫室氣體。Myers Smith表示，“當有更多的灌木、更好的生長環境和更少的裸土時，植被的確會固定更多的碳。但是我們也經曆了多年凍土的融化，其他因素也會令土壤釋放更多的碳。而這些溫室氣體可能不會被植物生長的增加所抵消。”
植物和“僵屍野火”
Myers Smith和她的同事正在研究的另一個問題是，植被的變化對野生動物的影響。例如，駝鹿以木本灌木為食，而海狸則利用它作為建築材料。Myers Smith說，“近年來，在苔原凍土地區，人們經常看到這兩種動物。現在它們似乎正在向北遷移。這也影響到了居住在苔原生態係統中的其他野生動植物物種。因此，北極地區變暖潛在的影響正在變得越來越明顯。”例如，海狸可能與當地物種爭奪食物，並通過修建水壩來改變這些生境中的水流。
除了必須適應新來的物種外，北極的本地動物還沒有能力應對如此殘酷的高溫。Myers Smith說：“現在西伯利亞的溫度達到了37.8℃，這會使大多數北極動物難以忍受。”


北極熊。圖片來源：coastalliving.com
奇怪的是，北極地區的植物可能比動物更適應高溫。西伯利亞地區的氣候與阿拉斯加內陸地區相似，擁有很明顯的季節和溫度變化。Myers Smith 認為盡管最近的高溫打破了記錄，但並沒有比該地區某一特定時段的最高溫度高出很多。也就是說，當地植物很可能已經適應了這種溫度波動。大多數植物都比較矮小，因此冬天它們不會被雪壓垮，而在溫暖時也不受風的影響。而該地區的落葉植物在冬季落葉來避免積雪，而常綠植物則利用其堅韌多肉的葉片來抵抗寒冷和高溫。
但是植物很難熬過北極地區變暖的另一後果：泥炭野火。泥炭是一類由層層緩慢分解的植物組成的泥土，變幹後會成為富含碳的燃料，一次雷擊就可以被點燃。而且火焰會越來越深地滲透到泥炭層中，在整個區域中緩慢擴散並引燃上方的植被。每公頃燃燒的泥炭，可能會排放 200 噸碳（一輛汽車每年排放 5 噸碳）。隨著北極圈迅速變暖，潮濕空氣上升與上方冷氣團碰撞，會使得雷暴向北移動。這意味著距北極極點幾百英裏的地方就可能有閃電發生。
令人不安的是，這些燃燒的泥炭野火會越冬，變成“僵屍野火”。野火科學家Wilkinson表示：“即使在下雪時，火焰仍會藏在土壤深處持續燃燒。當土壤表麵再次變幹時，野火就會卷土重來。這就是為什麽我們稱其為“僵屍野火”的原因——在今年的新火災發生前，你得先去把去年的火災撲滅。”
現在，北極圈在我們眼前展現出了一幅十分棘手的新圖景——它的保護性冰層正在消退，愈演愈烈的熱浪使更多的植被枯竭，帶來了更多的野火。夏季，當泥炭野火被閃電點燃後，它會鑽進土壤深處越冬，在第二年重新出現。動物種群在不斷向北遷移，北極地區變得越來越綠。這凸顯了一個可悲的現實：地球的最北端正麵臨巨變。
撰文：Matt Simon
翻譯：賈楠
審校：魏瀟
引進來源：WIRED
引進鏈接：https://www.wired.com/story/why-the-arctic-is-warming-so-fast/
本文來自：環球科學


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