北极“僵尸大火”死而复生可能引发变暖的恶性循环

新的研究表明，冬季地下燃烧的僵尸火可能是气候变化驱动的自燃的一个例子。

阿拉斯加、加拿大和西伯利亚的泥炭地所谓的“僵尸火灾”会在冬季从地球表面消失，并在地下阴燃，然后在第二年春天复活。这些火灾令科学家们感到困惑，因为它们出现在五月初，远远早于远北地区通常的火灾季节，并且可以重新燃烧数年。

大多数科学家认为僵尸火灾是地表火灾的残余物，但我们已经找到了另一个原因。 我们的研究表明，地面上的大气快速变暖会导致泥炭土突然升温到地下阴燃温度，而这一切都没有任何火花或其他点火装置。这些僵尸火灾可能是气候变化驱动的自燃案例。

有关此类火灾的报道可以追溯到 20 世纪 40 年代，当时此类火灾还很少发生。然而，在过去二十年中，这些火灾的频率和强度显着增加，同时伴随着地球上变暖最快地区北极的加速变暖。

2024 年初，仅加拿大不列颠哥伦比亚省就发生了 100 多起僵尸火灾。西伯利亚东北部的奥伊米亚康是地球上最冷的村庄，甚至在地球上最冷的村庄附近也记录到了僵尸火灾，僵尸火灾在那里持续了多个冬天，每年约占更广泛地区烧毁面积的 3.5%。

对温度敏感的北极泥炭土中的碳含量比整个大气中的碳含量还要多，而这些火灾正在将数十万吨的碳释放到大气中。我们想知道突然变暖是否是直接原因。

两项显着成果

我们开发了一个数学模型来探索不同的假设情景，包括泥炭土的温度和碳含量如何响应天气和气候的变化。至关重要的是，我们的模型捕捉到了某些微生物如何在分解土壤并将其碳释放到大气中的同时产生热量。

我们取得了两个显着的成果：

首先，这些微生物可以产生如此多的热量，以至于地下泥炭在冬天可以在 80°C 左右的温度下闷烧，准备在春天点燃。这种情况可能会发生，而地面上的那个地方从未发生过火灾，并且地面上的天气也没有达到土壤燃烧通常所需的温度。

我们将这种新状态称为泥炭土的热亚稳态。在这种情况下，“亚稳态”意味着长时间的燃烧——高温状态持续很长但有限的时间，长达十年，直到泥炭燃尽。

我们的另一个重要发现是，从常规冷态到热亚稳态的突然转变可以仅由现实的气候模式触发，包括夏季热浪和全球变暖情景。最有趣的是，大气温度的升高必须快于某个临界速率才能触发转变。如果大气温度增加相同的量，但速度较慢，生物活性泥炭土将保持常规的冷状态，并且永远不会转变为热亚稳态。

我们仍然没有证据证明这种情况在现实世界中发生，也没有在实验室中得到证实——目前，这种现象仅在我们的模型中看到。但我们确实知道堆肥（与泥炭非常相似）也会以同样的方式着火。例如，2022 年热浪期间伦敦郊区发生的一场大火可能是由一堆堆肥自燃引起的。

所有这些都表明大气温度实际上并不是僵尸火灾的关键因素。相反，大气变暖的速度引发了地下泥炭的长期燃烧。简而言之，不是热量，而是速率。

如何对抗僵尸

随着气候变暖，天气变得更加极端，而这些正是可能导致越来越多僵尸火灾的条件。这是令人担忧的，因为它可能会引发一个恶性循环：从古代泥炭土释放到大气中的数十亿吨碳可能会使气候变化变得更加严重，这意味着更多的火灾、更多的极端天气等等。

事实上，僵尸火灾是速率引发的临界点的一个例子，其中系统无法适应外部条件的过快变化，并从正常状态转变为不同的、通常是不期望的状态。对于某些自然系统（例如生物活性泥炭土）来说，当代气候可能正在接近或已经超过危险的变化率，这可以解释最近僵尸火灾的增加。

看来，防止进一步僵尸火灾的唯一解决方案是限制气候变化。虽然政策制定者关注的是大气温度（热量）的危险水平，但气候变化（变化率）可能与我们短期内的恢复能力同等甚至更加相关。

这篇编辑过的文章是根据知识共享许可从 The Conversation 重新发布的。The Conversation。阅读原始文章文章。