2015年，印尼發生大規模山火，濃煙和霧遠至泰國。
倫敦國王學院野火專家托馬斯史密斯說，這些火災是「現代史上最嚴重的環境災難」。史密斯估計，火災和煙霧導致印尼及其鄰國 10 萬人死亡，並造成數十億美元的損失。這場火災對地球其他地區來說也造成了高昂的代價：在最高峰時，火災每天向大氣中排放的導致氣候變暖的二氧化碳比美國所有經濟活動都多。
兩年後，在 13,000 公里外，北方貧瘠土地的邊緣燃起熊熊大火。遠處的大火可能不會被注意到。但傑西卡·麥卡蒂和其他火災研究人員積極監控地球的衛星圖像，就像有些人查看 Facebook 一樣。八月的一個週日，俄亥俄州邁阿密大學的麥卡蒂驚訝地發現，格陵蘭島的一大片地區上空冒著巨大的白煙。這片巨大的陸地並沒有出現在她的火力雷達上。大部分是冰，沒有的部分植被稀疏。
這兩場大火的背景截然不同，但科學家懷疑這兩場大火有一些重要的共同點：大量腐爛的有機物質，稱為泥炭。
泥炭地——包括沼澤、其他沼澤濕地，當然還有格陵蘭島的冰冷土壤——是富含腐爛有機物的生態系統。
在健康、潮濕的狀態下，泥炭地具有相當的耐火性。因此，當涉及火災風險時，泥炭重的景觀歷來沒有像美國西部的乾燥松樹林那樣受到同樣的關注。但隨著印尼發生毀滅性的泥炭火災，人們的注意力也轉向了地球上的其他泥炭地。
在世界範圍內，泥炭地將大量的碳儲存在地下幾個世紀以來積累的厚厚的潮濕有機物質層中。儘管泥炭地只覆蓋了地球陸地表面的 3% 到 5%，但其儲存的碳卻佔了土壤總量的四分之一。這加起來比世界上所有森林的碳總和還要多。
但土地利用的變化——排乾水來種植需要乾燥土壤的農作物（熱帶地區的常見做法），或者修建穿過某個地區的道路——可能會使泥炭變乾。然後，一支不小心扔出的香煙或一次錯誤的雷擊就可能點燃一場大火，大火會冒煙並悶燒數月，將數千年儲存的碳以二氧化碳的形式釋放到大氣中。
或者，為清理農業用地而發生的火災可能會失控，就像在印尼發生的那樣：在過去的幾十年裡，該國排乾許多泥炭地來種植油棕和其他農作物。現在，該國正面臨著泥炭地遭到破壞和乾燥時可能發生的最壞情況。同時，在北緯地區，融化的永久凍土使埋藏多年的泥炭暴露出來，這可能會引發像去年夏天格陵蘭島那樣的火災。
在短期內，泥炭火災會用致命的煙霧堵塞空氣。在印尼等人口稠密的地區，大火可能會吞噬房屋和企業並奪走生命。但火災的影響在火焰熄滅後仍持續很長時間。泥炭火災重塑了整個生態系統。一旦泥炭燃燒殆盡，可能需要數千年才能再次形成。所有曾經整齊地儲存起來的碳現在都漂浮在大氣中，就像燃燒煤炭一樣導致氣候變遷。
現在，科學家正試圖更了解泥炭地以及農業、發展和氣候變暖和乾燥的影響。最近在非洲和南美洲發現的隱藏式泥炭地擴大了世界各地泥炭的範圍，並增加了保護這些碳儲存的風險。新的研究越來越清楚地表明，如果不改變方法，人類可能會剝奪健康的泥炭地，從而獲得大量導致氣候變暖的二氧化碳。
認識泥炭
對大多數人來說，沼澤不會帶來溫暖、模糊的感覺。在流行文化中，這些風景常常與女巫、歐洲的木乃伊「沼澤屍體」和沈悶的天氣聯繫在一起。也許這很能說明問題，「quagmire」（沼澤的另一種說法）也用來指棘手的困境。但對於研究沼澤的科學家來說，沼澤遠非荒涼。
「大多數人都會走很遠很遠的路，以避免走過這些東西，但我喜歡它們，」加拿大圭爾夫大學的泥炭研究員梅里特·圖雷茨基說。她說，她在加拿大和阿拉斯加研究的沼澤看起來就像“霍比特人生態系統”，所有的活動都發生在低矮的地面上：發育不良的樹木佈滿了色彩繽紛的苔蘚和地衣。而且，她指出，沼澤在保持地球健康方面發揮著至關重要的作用。
碳在世界各地不斷被回收：例如，它以二氧化碳的形式被植物吸收，並溶解在海洋中。但過多的循環碳會使生態系統陷入混亂。大氣中過多的二氧化碳會使地球升溫；過多溶解在海洋中會使水變得更酸性。海洋沉積物和石灰石等岩石中的長期碳儲存將碳從短期循環中拉出，將其隔離在不會造成傷害的地方。泥炭地也是如此。往沼澤深處挖幾米，你會發現埋藏了數千年的碳。
雖然未經訓練的眼睛可能看到沼澤，除了需要防水涉水鞋的潮濕沼澤之外什麼也看不見，但泥炭地的多樣性卻令人驚訝。在熱帶地區，沼澤森林長滿了茂密的大樹，泥炭層通常是由腐爛的木本植物形成的。溫帶泥炭地，如美國北部和加拿大的泥炭地，生長著灌木叢植被，主要由腐爛的泥炭蘚組成。
圖雷茨基說，泥炭「並非完全不可再生，但它的累積速度非常緩慢」。 “火可以燒穿乾燥的沼澤，並在幾分鐘的燃燒中釋放出數千年的碳。”她在讀研究所時親身了解到這一點。
大約 20 年前，她將小袋泥炭埋在加拿大的沼澤中，研究它們的分解情況。兩年後，當她回來挖掘樣本時，她的整個現場都化為灰燼。她的寶貴數據消失了。
「我沮喪了大約一天，」圖雷茨基說。 “但後來我開始思考：我們對這個系統被燒毀感到震驚。”
第二天，她開始收集新數據，這次是觀察沼澤如何從火災中恢復過來。她說，當時人們認為唯一減緩泥炭累積的因素是隨著時間的推移，泥炭不可避免的自然分解。 「這是我第一次意識到分解並不是導致泥炭流失的唯一過程，」圖雷茨基說。 “火還可以通過燃燒泥炭來減少泥炭的數量。”
隱藏存款
隨著人們對沼澤威脅的認識不斷增強，人們更加努力地識別和保護這些生態系統中的資源。最近，世界各地發現了大型新的富含泥炭的地點。 2017年1月，英國和剛果科學家宣布自然那大片的泥炭被隱藏起來位於剛果盆地中部橫跨赤道的一片茂密的森林中。該地區是土著居民的家園，但外人很難進入，因此直到最近才對其泥炭資源進行調查。
3.4倍
如果包括非洲、南美洲和亞洲的新發現地區，熱帶泥炭將大幅增加
由倫敦大學學院和英國利茲大學的西蒙·劉易斯和格蕾塔·達吉領導的研究人員長途跋涉進入盆地提取“岩心”，以測量數十個地方泥炭的深度。根據這些長圓柱形土壤橫截面，研究人員計算出，在叢林中發現的泥炭沉積物（有些深達 5.9 公尺）使全球估計的熱帶地區泥炭量增加了 36%。然後該團隊使用衛星數據來測量泥炭的邊界。據此，研究人員估計，以目前的速度計算，剛果盆地中部泥炭中儲存的碳相當於美國約 20 年的化石燃料排放量。
其他團體已經遠端量化了現有的泥炭地。 2017 年 8 月發表的一項研究全球變遷生物學使用有關水積聚位置及其如何流經景觀的數據來預測熱帶地區泥炭可能隱藏的位置。
分析表明南美洲可能擁有更多泥炭比以前已知的。該研究的合著者、哥倫比亞卡利國際熱帶農業中心的 Louis Verchot 表示，亞馬遜盆地的小型泥炭地網絡總計達 629,000 平方公里，比剛果發現的面積還要大。這種新發現的南美洲泥炭加上剛果地區以及亞洲的一些新發現使已知的熱帶泥炭地面積從 44 萬平方公里增加到 150 萬平方公里。
伐木和採礦已經威脅到熱帶森林樹木中儲存的碳。富含泥炭的土壤也有價值。
泥炭在哪裡？
泥炭地遍佈世界各地。該地圖指出了截至 2017 年已知擁有泥炭地的國家（灰色），以及這些泥炭地的位置（綠色）。
失去平衡
挖出來後，泥炭本質上是易燃的，在某些地方被用作燃料來源。但在自然、潮濕的狀態下，泥炭地能夠抵抗火災。即使經歷了數月的乾旱，健康的泥炭地仍保持濕潤。因此，科學家正在試圖了解哪些因素會改變這種動態，以及這對火災和碳儲存意味著什麼。
以受控方式測試一段時間內乾燥的效果可能很困難，但在一個例子中，圖雷茨基很幸運。 1983 年，加拿大艾伯塔省的部分沼澤地因森林管理計畫而被排幹。地下水位下降了大約四分之一米，下降幅度適中。十八年後，該地區發生了一場野火。
圖雷茨基和同事看到了透過自然實驗來回答一些懸而未決的問題的機會。研究人員追蹤了火災後的排水如何隨著時間的推移對泥炭地的影響，並與燃燒但未排水的區域或排水但未燃燒的部分進行比較。
這排水區域比未排水區域更脆弱研究人員在 2015 年的報告中指出，火災後的巨大變化科學報告。排水和野火的結合邀請了不同的植物物種在接下來的十年中遷移。新植物將生態系統從具有防火能力的生態系統改變為易於一次又一次燃燒的生態系統。闊葉樹的茂密樹冠取代了曾經占主導地位的黑雲杉，遮擋了產泥炭的苔蘚返回所必需的陽光。
圖雷茨基從一次相當輕微的干擾中看到的變化比她預期的要大得多。她知道，完全乾燥這樣的景觀將使其極其容易發生火災——就像在東南亞看到的那樣發生巨大的變化。但阿爾伯塔沼澤的變化要小得多，但仍產生了重大影響。
她說，與未排幹的地區相比，已排幹的地區多損失了近 500 年累積的泥炭。 （她根據燃燒量和泥炭累積速度計算了這個數字。）這意味著鎖定的碳在幾週內又釋放回大氣中，時間又延長了 500 年。
農業的未來
新加坡-麻省理工學院研究與技術聯盟的環境科學家亞歷山大·科布表示，排乾土地的水加上「刀耕火種」技術來清理農業區域是熱帶泥炭地著火的主要原因。為了給油棕種植園和其他作物騰出空間，公司將砍伐現有的樹木（未來泥炭的來源）並排乾水以使土壤乾燥。
2017年，139位科學家在給編輯的一封信上簽名全球變遷生物學 認為排乾熱帶泥炭地用於農業是不可持續的。研究人員寫道，否認農業對這些景觀的影響將產生長期後果，例如更頻繁、更具破壞性的火災。
現在，印尼正在努力恢復泥炭地。不過，這並不像禁止在泥炭豐富的地區種植農作物那麼簡單。英國萊斯特大學熱帶沼澤專家、這封信的簽署人之一蘇珊佩奇說，在人口稠密的島國，空間非常寶貴，人們仍然需要吃飯。解決這個問題可能需要找到可以在潮濕的土壤中生長的作物，這樣沼澤就不必排乾。但解決方案還有很長的路要走。
「對替代作物的許多經濟支持尚未真正存在，」佩奇說。 “我們正處於中間階段，知道我們想要農作物，但沒有合適的物種清單。”
即使在泥炭地受到農業保護的地方，也存在其他潛在威脅。科布和同事花了幾個月的時間研究如何穿過茂密的樹木，樹根裸露，有人類那麼高，到達汶萊罕見的、未受破壞的泥炭地。的東南亞小國，在保護其泥炭地方面比其他國家更積極。研究人員將測量裝置插入土壤中，以確定泥炭的深度和濕度。利用這些數據，團隊創建了一個模型，說明降雨如何影響任何特定地點可能積聚的泥炭量，該模型於去年 6 月發表於美國國家科學院院刊。
結論：除了總降雨量之外，降雨的時間也很重要。如果降雨變得更加不規則，正如預測的那樣，「那麼在平均降雨量相同的情況下，泥炭地所能容納的泥炭就會減少，」科布說。
冷凍時安全
冰與火之地
2017 年 8 月，格陵蘭島發生了一場不尋常的火災，導致這個北極國家的野火二氧化碳排放量比往年大幅增加。
該圖比較了每年七月和八月的野火排放量（以公噸二氧化碳為單位）。
資料來源：歐洲中期天氣預報中心
寒冷地區的泥炭地也面臨氣候變遷的挑戰。在包括北極在內的北緯地區，泥炭已經被埋藏在永凍土中幾個世紀了。北極變暖現在使泥炭暴露出來，增加了曾經罕見的火災的風險。
去年夏天的格陵蘭火災就是這樣的例子。當麥卡蒂發現她認為發生火災時，她在推特上發布了衛星數據。在接下來的幾周里，她和其他科學家每天都會多次檢查火災情況，並確信煙霧是由泥炭助長的。
一方面，該地區幾乎沒有可以提供燃料的植被。土壤中的泥炭是少數的選擇之一。此外，大火持續了數週，但幾乎沒有蔓延。麥卡蒂說，這是泥炭火災的典型特徵。如果火沒有移動，它可能正在陰燃，慢慢地燃燒稠密的有機物，產生大量的煙霧和最小的火焰。
倫敦帝國學院的火災科學家吉列爾莫·賴因表示，科學家尚未親自勘察格陵蘭島火災現場。但他所在的團隊正試圖組織一次前往偏遠地區的考察，研究土壤並確認泥炭是火災的主要驅動因素。
北極泥炭具有雷因所說的「休眠可燃性」。也就是說，當它被凍結時，它是安全的。但如果永凍土開始融化，這些長期埋藏的碳庫就會暴露在空氣中，突然很容易燃燒。
人們很容易將格陵蘭島火災視為一次性事件、僥倖事件。但實際上，這只是整個盒子中的一場比賽。阿拉斯加、西伯利亞以及加拿大各地都發生了泥炭火災。有證據表明，此類火災將變得更加普遍。美國國家海洋暨大氣總署 12 月 12 日發布的年度北極報告卡顯示，北極地面空氣暖化速度是全球平均地表氣溫的兩倍。根據 2016 年的一項研究，到本世紀末，北極燃燒產生的碳排放量可能會增加四倍環境研究快報。此外，火災和永久凍土融化可以啟動一個反饋週期，加速未來的融化，麥卡蒂說。
這種融化對北極泥炭儲存的確切長期影響仍不清楚。根據 2015 年的一篇論文，雖然從凍結的永久凍土中出現的泥炭最初會乾燥和破裂，但隨著其他地方的冰融化，該地區最終可能會被洪水淹沒並重新濕潤。科學報告。但在那之前，乾涸的泥炭存在火災風險。
這些北極和高緯度泥炭火災可能不會像熱帶泥炭火災那樣立即影響那麼多人，因為在大多數情況下，火災並不會發生在農業熱點地區或城市中心。但就碳排放而言，全球後果可能同樣嚴重。
佩奇說，一些研究人員預計，隨著氣候變遷將農業和人口推向更北的地區，“人們將更多地接觸這些大多原始的景觀”，並以可能增加火災風險的方式乾擾它們。她說，在加拿大，「幾十年後，我們可能會看到與東南亞類似的火災動態」——失控的火災對長期碳儲存造成不可挽回的損害。
「在北方，關於排幹北部土壤的討論越來越多，」圖雷茨基補充道。 “我們已經知道會發生什麼。”
本文發表於 2018 年 3 月 17 日號科學新聞標題是「煙霧信號：燃燒的泥炭地讓環境研究人員保持警惕」。
