2015年，印度尼西亚发生大规模山火，浓烟和霾害远至泰国。
伦敦国王学院的野火专家托马斯·史密斯说，这些火灾是“现代史上最严重的环境灾难”。史密斯估计，火灾和烟雾导致印度尼西亚和邻国 10 万人死亡，经济损失达数十亿美元。火灾也给地球其他地区带来了沉重的代价：在火灾最严重的时候，大火每天向大气中排放的温室气体比美国所有经济活动的排放量还要多。
两年后，在 13,000 公里外，一场大火在一片荒芜的北部土地边缘燃烧。这场遥远的火灾可能没有引起人们的注意。但杰西卡·麦卡锡和其他火灾研究人员积极监测地球的卫星图像，就像有些人查看 Facebook 一样。8 月的一个星期天，俄亥俄州迈阿密大学的麦卡锡惊讶地看到格陵兰岛上空出现了大量白色烟雾。这片巨大的陆地并没有出现在她的火灾雷达上。它大部分都是冰，没有冰的部分有稀疏的植被。
这两起火灾的背景截然不同，但科学家怀疑它们有一个重要的共同点：大量被称为泥炭的腐烂有机物。
泥炭地（包括沼泽、其他沼泽湿地以及格陵兰的冰土）是富含腐烂有机物的生态系统。
在健康潮湿的状态下，泥炭地具有很强的防火性。因此，在火灾风险方面，泥炭地历来没有像美国西部的干燥松树林那样受到重视。但随着印度尼西亚发生毁灭性的泥炭火灾，人们的注意力也转向了地球上的其他泥炭地。
世界各地的泥炭地储存了大量的碳，这些碳被厚厚的湿有机物覆盖，这些有机物是几百年来在地下积累起来的。尽管泥炭地只覆盖了地球表面的 3% 到 5%，但它储存了所有土壤碳的四分之一。这比世界上所有森林的碳含量还要多。
但土地用途的变化——排干水种植需要较干燥土壤的大片农作物（热带地区的常见做法）或修建一条穿过某地区的公路——会使泥炭干涸。然后，一支不小心扔掉的香烟或一次意外的雷击就可能引发火灾，火灾会持续数月，烟雾弥漫，将数千年来储存的碳以二氧化碳的形式释放到大气中。
或者，为清理农业用地而纵火的行为可能会失控，就像在印度尼西亚发生的那样：在过去的几十年里，这个国家排干了许多泥炭地的水来种植油棕以及其他农作物。现在，该国正在经历泥炭地被破坏和干涸后可能发生的最坏情况。与此同时，在北纬地区，融化的冻土层暴露出埋藏多年的泥炭，这可能会引发去年夏天格陵兰岛发生的火灾。
短期内，泥炭火灾会造成致命的烟雾和雾霾，堵塞空气。在印度尼西亚等人口稠密的地区，大火会吞噬房屋和企业，夺去生命。但火灾的影响在火焰熄灭后仍会持续很长时间。泥炭火灾会重塑整个生态系统。一旦泥炭燃烧殆尽，可能需要数千年才能重新堆积起来。而所有曾经整齐储存的碳现在都漂浮在大气中，就像燃煤一样导致气候变化。
现在，科学家们正试图更好地了解泥炭地以及农业、发展和气候变暖和变干的影响。最近在非洲和南美洲发现的隐藏泥炭地扩大了全球泥炭地的范围，也增加了保护这些碳储存的风险。新的研究越来越清楚地表明，如果不改变方法，人类可能会剥夺健康的泥炭地，而作为回报，会得到大量导致气候变暖的二氧化碳。
认识泥炭
沼泽不会给大多数人带来温暖、迷茫的感觉。在流行文化中，沼泽地的景象常常与女巫、欧洲木乃伊化的“沼泽尸体”和阴沉的天气联系在一起。沼泽的另一个词“quagmire”也用来指困境，这或许说明了这一点。但对于研究沼泽的科学家来说，沼泽地远非荒凉。
“大多数人会绕很远的路，以避免穿过这些东西，但我却喜欢它们，”加拿大圭尔夫大学的泥炭研究员梅里特·图雷茨基说。她说，她在加拿大和阿拉斯加研究的沼泽看起来就像“霍比特人的生态系统”，所有的活动都发生在低地：矮树点缀着五颜六色的苔藓和地衣地毯。她指出，沼泽在保持地球健康方面发挥着至关重要的作用。
碳在世界各地不断循环：例如，它以二氧化碳的形式被植物吸收，并溶解在海洋中。但循环过量的碳会破坏生态系统。大气中过多的二氧化碳会使地球变暖；溶解在海洋中的过多二氧化碳会使水变得更酸。长期储存在海洋沉积物和石灰岩等岩石中的碳将碳从短期循环中抽离出来，将其封闭在不会造成危害的地方。泥炭地也是如此；在沼泽中挖几米深，你会发现埋藏了数千年的碳。
虽然外行人可能只看到沼泽，认为它只是一片需要防水防水靴才能到达的湿地，但泥炭地却出奇地多样化。在热带地区，沼泽森林里长满了高大的、枝繁叶茂的树木，泥炭层通常由腐烂的木本植物构成。温带泥炭地，如美国北部和加拿大的泥炭地，则长满了灌木丛生的植被，主要由腐烂的泥炭藓构成。
泥炭“并非完全不可再生，但其积累速度非常缓慢，”图雷茨基说道。“一场大火可以烧毁一片干涸的沼泽，并在几分钟的燃烧中释放出数千年的碳。”她在读研究生时亲身体验了这一点。
大约 20 年前，她将一小袋泥炭埋在加拿大的沼泽中，以研究其分解情况。两年后，当她回来挖掘样本时，她的整个野外地点都化为灰烬。她宝贵的数据消失了。
图雷茨基说：“我伤心了大约一天。但随后我开始思考：我们对这个系统被毁感到震惊。”
第二天，她开始收集新的数据，这次她观察了沼泽地是如何从火灾中恢复过来的。她说，当时人们认为唯一能减缓泥炭堆积速度的就是泥炭随着时间的推移必然发生的自然分解。“这是我第一次意识到分解并不是导致泥炭流失的唯一过程，”图雷茨基说。“火灾也会通过燃烧泥炭来减少泥炭。”
隐藏存款
随着人们越来越意识到沼泽所面临的威胁，人们也更加努力地去发现和保护这些生态系统中所含的资源。最近，世界各地发现了大量新的富含泥炭的地区。2017 年 1 月，英国和刚果科学家宣布自然那大片泥炭一直隐藏着位于刚果盆地中部，赤道两侧，是一片茂密的森林。该地区居住着许多土著居民，但外人难以进入，因此直到最近才有人对泥炭资源进行调查。
3.4倍
如果将非洲、南美洲和亚洲新发现的地区也算上，热带泥炭的面积会大致增加
研究人员由英国伦敦大学学院和利兹大学的西蒙·刘易斯和格雷塔·达吉带领，深入盆地提取“岩芯”，测量数十处泥炭的深度。根据这些长圆柱形土壤横截面，研究人员计算出，在丛林中发现的泥炭沉积物（有些深达 5.9 米）使全球热带地区泥炭的估计量增加了 36%。然后，该团队使用卫星数据测量了泥炭的边界。据此，研究人员估计，按目前的速度计算，中刚果盆地泥炭中储存的碳相当于美国约 20 年的化石燃料排放量。
其他团体已经远程量化了现有的泥炭地。2017 年 8 月发表的一项研究全球变化生物学利用水积聚地点和水流经地表的方式的数据来预测热带地区泥炭可能隐藏在哪里。
分析表明南美洲可能有更多泥炭比以前所知的还要多。这项研究的共同作者、哥伦比亚卡利国际热带农业中心的路易斯·韦尔乔特说，亚马逊盆地的小型泥炭地网络总计达 629,000 平方公里，比刚果发现的面积还要大。这一新发现的南美泥炭地加上刚果地区和亚洲的一些新发现，使已知的热带泥炭地面积从 440,000 平方公里增加到 150 万平方公里。
伐木和采矿已经威胁到热带森林树木中储存的碳。富含泥炭的土壤同样具有价值。
泥炭在哪儿？
泥炭地遍布世界各地。这张地图标出了截至 2017 年已知有泥炭地的国家（灰色）以及这些泥炭地的所在地（绿色）。
失去平衡
泥炭挖出来后本质上是易燃的，在某些地方被用作燃料来源。但在自然潮湿的状态下，泥炭地具有抗火性。即使经过数月的干旱，健康的泥炭地仍能保持湿润。因此，科学家们正在试图了解哪些因素会改变这种动态？以及这对火灾和碳储存意味着什么。
很难以可控的方式测试干燥对长期的影响，但有一次，图雷茨基很幸运。1983 年，加拿大艾伯塔省的一片沼泽地被抽干，用于森林管理项目。地下水位下降了大约四分之一米，这是一个中等程度。十八年后，该地区发生了一场野火。
Turetsky 和同事们看到了通过自然实验来解答一些悬而未决的问题的机会。研究人员追踪了排水后再起火对泥炭地的影响，并与被烧毁但未排水的区域或排水后未起火的区域进行了对比。
这排水区域比不排水区域更脆弱研究人员在 2015 年报告称，火灾后会发生巨大变化科学报告。排水和野火的结合促使不同的植物物种在接下来的十年里迁入。新植物将生态系统从防火的生态系统变成了一个容易一次又一次燃烧的生态系统。阔叶树的茂密树冠取代了曾经占主导地位的黑云杉，遮蔽了泥炭藓回归所需的阳光。
图雷茨基从相当轻微的扰动中看到的变化比她预期的要大得多。她知道，完全干涸这样的土地将使其极易遭受火灾——就像东南亚所见的那些剧烈变化一样。但艾伯塔沼泽的变化要小得多，但仍然产生了重大影响。
她说，与未排干的地区相比，已排干的地区损失了近 500 年积累的泥炭。（她根据燃烧量和泥炭积累速度计算出这个数字。）这意味着，在几周内，又有 500 年积累的碳被释放回大气中。
农业的未来
新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟的环境科学家亚历山大·科布说，排干土地和用“刀耕火种”技术清理农田是热带泥炭地着火的主要原因。为了给油棕种植园和其他作物腾出空间，公司会砍伐现有的树木（未来泥炭的来源），并排干水以干燥土壤。
2017 年，139 名科学家签署了一封致编辑的信全球变化生物学 认为排干热带泥炭地的水用于农业是不可持续的。研究人员写道，否认农业对这些景观的影响将产生长期后果，例如更频繁、更具破坏性的火灾。
现在，印度尼西亚正在努力恢复泥炭地。不过，这并不像禁止在泥炭丰富的地区种植农作物那么简单。英国莱斯特大学的热带沼泽专家、这封信的签署人之一苏珊·佩奇说，在人口稠密的岛国，空间非常宝贵，人们仍然需要吃饭。解决这个问题可能需要找到可以在潮湿土壤中生长的作物，这样沼泽就不必排干。但解决方案还有很长的路要走。
“目前，对替代作物的很多经济支持实际上还不存在，”佩奇说，“我们正处于一个中间阶段：我们知道自己需要作物，但还没有一份合适的作物品种清单。”
即使在泥炭地受到保护而不受农业影响的地方，也存在其他潜在威胁。科布和同事们花了几个月的时间研究如何穿过茂密的树木，这些树木的根系裸露在外，与人一样高，到达文莱一处罕见的、未受破坏的泥炭地。文莱是一个富裕的东南亚小国，科布说，该国在保护泥炭地方面比邻国更积极主动。研究人员将测量设备插入土壤中，以确定泥炭的深度和湿度。利用这些数据，该团队创建了一个模型，以了解降雨如何影响任何特定地方的泥炭堆积量，该模型于去年 6 月发表在美国国家科学院院刊。
结论：除了总降雨量外，降雨时间也很重要。如果像预测的那样，未来降雨变得更加不规律，“那么在平均降雨量相同的情况下，泥炭地所能容纳的泥炭会减少”，科布说。
冷冻则安全
冰与火之地
2017 年 8 月，格陵兰岛发生了一场不同寻常的大火，导致这个北极国家的野火二氧化碳排放量与前几年相比大幅上升。
该图表比较了每年七月和八月野火排放量（以公吨二氧化碳为单位）。
来源：欧洲中期天气预报中心
寒冷地区的泥炭地也面临着气候变化带来的挑战。在包括北极在内的北纬地区，泥炭已被埋在永久冻土中数个世纪。北极变暖正在使泥炭暴露出来，增加了曾经罕见的火灾风险。
去年夏天的格陵兰火灾就是一个例子。当麦卡蒂发现她认为是火灾的地方时，她将卫星数据发布在推特上。在接下来的几周里，她和其他科学家每天都会多次查看火灾现场，并确信烟雾是由泥炭引起的。
首先，该地区几乎没有可以提供燃料的植被。土壤中的泥炭是少数几个选择之一。此外，火势持续了数周，但几乎没有蔓延。麦卡蒂说，这是泥炭火灾的典型特征。如果火势没有蔓延，那么它可能正在闷烧，慢慢地燃烧浓密的有机物，烟雾很大，火焰很小。
伦敦帝国理工学院火灾科学家 Guillermo Rein 表示，科学家们尚未亲自勘察格陵兰岛火灾现场。但他所在的团队正试图组织一次远征，前往偏远地区研究土壤，并确认泥炭是火灾的主要诱因。
北极泥炭具有雷因所说的“潜在可燃性”。也就是说，当它被冻结时，它是安全的。但如果永久冻土开始融化，这些长期埋藏的碳储存就会暴露在空气中，突然变得容易燃烧。
人们很容易将格陵兰岛火灾视为一次性事件、偶然事件。但实际上，它只是整个火堆中的一根火柴。阿拉斯加和西伯利亚以及加拿大各地都记录过泥炭火灾。有证据表明，像这样的火灾将变得更加常见。美国国家海洋和大气管理局 12 月 12 日发布的年度北极报告卡显示北极地面空气变暖速度是全球平均地表空气温度的两倍根据 2016 年的一项研究，到本世纪末，北极燃烧产生的碳排放量可能会增加四倍环境研究快报。此外，麦卡锡说，火灾和永久冻土融化可以启动一个反馈循环，加速未来的融化。
这种融化对北极泥炭储量的长期影响目前尚不清楚。根据 2015 年的一篇论文，虽然从冻土中冒出来的泥炭最初会干燥开裂，但随着其他地方的冰融化，该地区最终可能会被洪水淹没并重新湿润。科学报告。但在此之前，干涸的泥炭仍有火灾隐患。
这些北极和高纬度泥炭火灾可能不会像热带泥炭火灾那样立即影响那么多人，因为大多数火灾并不发生在农业热点地区或城市中心。但就碳排放而言，其全球后果可能同样严重。
佩奇说，一些研究人员预计，随着气候变化将农业和人类人口推向更北的地方，“人们将更多地接触这些几乎原始的景观”，并以可能增加火灾风险的方式破坏它们。她说，在加拿大，“几十年后，我们可能会看到与东南亚类似的火灾动态”——不受控制的火灾对长期碳储存造成不可挽回的损害。
图雷茨基补充道：“北方越来越多地谈论排干北方土壤。我们已经知道会发生什么。”
本文刊登于 2018 年 3 月 17 日的《科学新闻标题为“烟雾信号：泥炭地燃烧引起环境研究人员警惕”。
