在北極圈的一個(gè)偏遠(yuǎn)半島上，永久凍土層出現(xiàn)了一些巨大的傷口，某種讓科學(xué)家擔(dān)心的事情似乎正在地下爆發(fā)。
　　在一場(chǎng)突然的爆炸之后，地面上留下了一個(gè)不規(guī)則的凹坑。在凹坑的邊緣，是破碎的地面，灰色的冰混雜著永久凍土。植物的根暴露在坑洞邊緣，顯示出燒焦的痕跡。這一切讓我們知道，這個(gè)位于西伯利亞北極區(qū)中部的坑洞在形成時(shí)經(jīng)歷了多么劇烈的過(guò)程。
　　這些坑洞是非常令人震驚的指示器，預(yù)示著在更廣闊的北極地區(qū)正在發(fā)生的事情這些坑洞是非常令人震驚的指示器，預(yù)示著在更廣闊的北極地區(qū)正在發(fā)生的事情
　　從空中俯瞰，新鮮暴露的泥土在綠色苔原和周圍黑色湖泊的映襯下，顯得格外醒目。進(jìn)一步觀察可以發(fā)現(xiàn)，圓柱形坑洞內(nèi)部的土層和巖石幾乎是黑色的。當(dāng)科學(xué)家來(lái)到洞口的時(shí)候，其底部已經(jīng)形成了一個(gè)水池。
　　葉夫根尼·丘維林（Evgeny Chuvilin）便是最早來(lái)到這里的地質(zhì)學(xué)家之一，他在俄羅斯莫斯科的斯科爾科沃科學(xué)技術(shù)研究所工作。在一個(gè)困擾他長(zhǎng)達(dá)六年的謎團(tuán)中，這個(gè)深約50米的坑洞可能最關(guān)鍵的部分之一。自第一個(gè)神秘坑洞在亞馬爾半島另一地點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，這個(gè)謎團(tuán)就一直縈繞在他腦海里。
　　當(dāng)時(shí)那個(gè)坑洞寬約20米，深約52米，是在2014年由直升機(jī)飛行員在其上空發(fā)現(xiàn)的，距離亞馬爾半島的博瓦年科沃（Bovanenkovo）氣田約42公里。參觀過(guò)該巨洞的科學(xué)家——包括研究西伯利亞永久凍土層已有40多年的地球冰凍圈研究所首席科學(xué)家馬里亞娜·萊布曼（Mariana Leibman）——把它描述為永久凍土層的一個(gè)全新特征。后來(lái)對(duì)衛(wèi)星圖像的分析顯示，這個(gè)坑洞（現(xiàn)在被稱為GEC-1）形成于2013年10月9日至11月1日之間的某個(gè)時(shí)間。
　　2020年8月，一個(gè)電視攝制組在飛行拍攝時(shí)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)最新的巨洞，當(dāng)時(shí)他們正與俄羅斯科學(xué)院的一組科學(xué)家，以及亞馬爾當(dāng)?shù)卣藛T一起進(jìn)行考察。這一發(fā)現(xiàn)使得在亞馬爾半島與鄰近的格達(dá)半島上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的巨洞總數(shù)達(dá)到17個(gè)。
　　但是，究竟是什么原因?qū)е掠谰脙鐾辽铣霈F(xiàn)這些巨洞，這些巨洞又是如何突然形成的，在很大程度上仍然是一個(gè)謎。它們對(duì)于北極的未來(lái)意味著什么，又將如何影響當(dāng)?shù)厝说纳詈凸ぷ鳎@些都是懸而未決的問(wèn)題。在許多研究北極的科學(xué)家看來(lái)，巨洞的出現(xiàn)是一個(gè)令人不安的跡象，表明地球北部這片寒冷且人煙稀少的土地正在發(fā)生一些根本性的變化。
　　巨洞如何形成？
　　不過(guò)，最近的研究開(kāi)始為這一現(xiàn)象提供了一些線索?？梢源_定的是，這些洞的形成并不是永久凍土在地表下融化和移動(dòng)，從而逐漸下沉的結(jié)果；它們的形成來(lái)源于爆炸。
　　“當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)，大塊的土壤和冰塊會(huì)被拋離爆炸中心數(shù)百米，”葉夫根尼·丘維林說(shuō)，“我們所看到的是一種巨大的力量，來(lái)自于極高的壓力。地下的壓力為什么會(huì)這么高，這仍然是一個(gè)謎?！?br> 　　葉夫根尼·丘維林所在的俄羅斯科學(xué)家團(tuán)隊(duì)正在與世界各地的同行合作，他們一直在探索這些巨洞，采集樣本并測(cè)量數(shù)據(jù)，希望更深入了解苔原下方的情況。
　　一些科學(xué)家將這些巨洞與冰火山進(jìn)行了比較。冰火山存在于太陽(yáng)系的冥王星、土星的衛(wèi)星土衛(wèi)六和矮行星谷神星等遙遠(yuǎn)天體上，不會(huì)噴發(fā)熔巖，而是噴發(fā)由水、氨、甲烷等揮發(fā)物組成的冰巖漿。然而，隨著越來(lái)越多處于不同演變階段的北極巨洞得到研究，這些巨洞又被稱為“氣體排放天坑”（gas emission crater）。從這一名稱中，我們可以得到一些有關(guān)它們?nèi)绾涡纬傻木€索。
　　葉夫根尼·丘維林說(shuō)：“基于衛(wèi)星圖像的分析表明，在一個(gè)原本是冰皋（Pingo）或土堆的地方發(fā)生了一場(chǎng)爆炸，形成了一個(gè)巨大的坑洞。”。冰皋即凍脹丘，又稱冰堆丘，是一類圓頂狀的小丘。當(dāng)一層凍結(jié)的地面被下方的流水推擠成堆，而后水流開(kāi)始凍結(jié)，土堆就會(huì)膨脹形成凍脹丘。在俄羅斯，這種地貌也被稱為“bulgunnyakhs”，源自當(dāng)?shù)氐难艓?kù)特語(yǔ)。它們會(huì)隨著季節(jié)的變化而消長(zhǎng)。在加拿大發(fā)現(xiàn)的一些凍脹丘已經(jīng)有1200年的歷史了。然而，在北極的大部分地區(qū)，這些土堆最終往往會(huì)崩塌而不是爆炸。
　　很明顯，西伯利亞西北部的這些土堆很不一樣。葉夫根尼·丘維林解釋道，它們膨脹得“非常快，能推升到數(shù)米高”，然后突然爆炸。而且，它們的推升并不是因?yàn)檎趦鼋Y(jié)的水，而似乎是由地下氣體的堆積造成的。
　　“凍脹丘需要幾十年的時(shí)間來(lái)形成，并且能持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間，”研究永久凍土的北極生態(tài)學(xué)家、美國(guó)伍德威爾氣候研究中心的北極項(xiàng)目主管蘇·娜塔莉（Sue Natali）說(shuō)，“而這些充滿氣體的土堆則是幾年間形成的?！?br> 　　在2014年發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)巨洞中，科學(xué)家從爆炸的殘余物中發(fā)現(xiàn)了灌木柳樹(shù)的年輪。一項(xiàng)針對(duì)這些年輪的研究表明，這些植物自20世紀(jì)40年代以來(lái)就一直在承受壓力。研究人員表示，這些壓力可能來(lái)自于地面的變形。
　　“然而，有證據(jù)表明，氣體排放天坑的生命周期可以非常短，從3到5年不等，”俄羅斯莫斯科國(guó)立羅蒙諾索夫大學(xué)的冰川學(xué)家亞歷山大·基茲亞科夫（Alexander Kizyakov）說(shuō)道。有衛(wèi)星圖像顯示，2017年初夏形成的一個(gè)名為“SeYkhGEC”的巨洞早在2015年就開(kāi)始使地面變形。
　　會(huì)爆炸的土堆
　　在距離亞馬爾半島不遠(yuǎn)的喀拉海海底，也發(fā)現(xiàn)了類似的與氣穴排放有關(guān)的凹坑和土丘，在巴倫支海也發(fā)現(xiàn)了類似的痕跡。但蘇·娜塔莉表示，到目前為止，在北極其他陸地上還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類似的地貌。
　　亞馬爾半島和格達(dá)半島的永久凍土很容易形成會(huì)爆炸的土堆。“那里的景觀有一些獨(dú)特的特征，”蘇·娜塔莉說(shuō)，“這個(gè)區(qū)域具有一層很厚的冰，稱為平頂冰（tabular ice），相當(dāng)于在永久凍土層上方形成一個(gè)覆蓋層。這個(gè)地方也具有很多被稱為濕寒土（cryopeg）的地貌，即未凍結(jié)土地被永凍層包圍的區(qū)域，相當(dāng)于永凍層夾層。第三個(gè)特征是沉積得非常深的天然氣和石油儲(chǔ)藏?！?br> 　　埃爾庫(kù)塔巨洞（Erkuta crater）是葉夫根尼·丘維林最近發(fā)現(xiàn)的一個(gè)坑洞，寬約20米，得名于其所在的河漫灘。這個(gè)坑洞似乎是在一個(gè)干涸的牛軛湖上形成的。湖泊消失后，其下方留下了一片未凍結(jié)的土地，稱為居間不凍層（talik），氣體便在這里積聚起來(lái)。但葉夫根尼·丘維林也指出，確切的天然氣來(lái)源在很大程度上仍不清楚?！翱佣囱芯康年P(guān)鍵問(wèn)題是確定在永久凍土表面下所積聚氣體的來(lái)源，”他說(shuō)，“在坑洞出現(xiàn)之后，氣體早就消失了?！?br> 　　追溯這些土堆的演變以及氣體如何到達(dá)那里，是目前研究的重點(diǎn)。蘇·娜塔莉說(shuō)：“有趣的是，可能有一種我們從未想象過(guò)，或以前未知的新型地球化學(xué)過(guò)程正在發(fā)生?！?br> 　　研究人員勇敢地下降到坑洞內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)洞底部聚集的水中具有較高的甲烷含量，這表明甲烷可能正從下面冒出來(lái)。一個(gè)主流理論認(rèn)為，這些埋藏在永久凍土層下方深處的甲烷氣體找到了某種途徑，從冰帽下方未凍結(jié)的凹坑中涌起。另一個(gè)觀點(diǎn)是，在這些未凍結(jié)的凹坑中，隨著水開(kāi)始凍結(jié)，剩余的水就無(wú)法再留住溶解的高濃度二氧化碳，這些氣體便開(kāi)始以氣泡冒出。
　　葉夫根尼·丘維林表示，甲烷和二氧化碳的另一個(gè)來(lái)源可能是在未凍結(jié)土地中蓬勃生長(zhǎng)的微生物，它們會(huì)分解有機(jī)物并釋放氣體。在一個(gè)特別引人注目的坑洞中，研究人員進(jìn)行了甲烷的同位素分析，結(jié)果似乎證實(shí)了這一點(diǎn)。但在最近形成的坑洞底部的湖泊中，產(chǎn)甲烷微生物的活性特別低——即使在發(fā)現(xiàn)它們的寒冷環(huán)境中也是如此。
　　不過(guò)，甲烷也可能從冰體中泄漏出來(lái)。氣體會(huì)被困在永久凍土的水晶體中，形成一種奇怪的凍結(jié)物質(zhì)，稱為氣體水合物。當(dāng)氣體水合物融化時(shí)，氣體就被釋放出來(lái)。
　　“我們認(rèn)為可能存在不同的形成機(jī)制，這很難用單一的模型來(lái)描述，”葉夫根尼·丘維林說(shuō)，“這在很大程度上取決于環(huán)境和景觀?！彼赋觯辽儆幸粋€(gè)坑洞是在河床上發(fā)現(xiàn)的。
　　不管氣體來(lái)源是什么，研究人員基本認(rèn)為，氣體會(huì)積聚在未凍結(jié)的地面凹坑中，將堅(jiān)實(shí)扁平的冰帽向上推5到6米，直到它像癤子一樣破裂。一些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，他們已經(jīng)被亞馬爾巨洞所吸引?！芭c這些坑洞相關(guān)的未知和風(fēng)險(xiǎn)讓我著迷，”娜塔莉承認(rèn)道。
　　當(dāng)這些土堆最終爆炸時(shí)，景象看起來(lái)的確很壯觀。充氣凹坑上方的泥土和冰，連同未凍結(jié)部分的大部分物質(zhì)，被拋向300米之外。這種力量是如此之大，以至于1米寬的土塊都會(huì)被拋到外面，留下一個(gè)帶有凸起邊緣的大坑，其洞口寬大，下方是較窄的圓柱形巨洞——應(yīng)該就是未凍結(jié)的凹坑。當(dāng)?shù)氐鸟Z鹿牧人報(bào)告稱，2017年6月，Myudriyakha河岸邊的一個(gè)坑洞發(fā)生爆炸后，他們看到了火焰和煙霧。在坑洞以南約33公里的Seyakha村，村民稱氣體持續(xù)燃燒了大約90分鐘，火焰高達(dá)4到5米。
　　在這個(gè)人口稀少的地區(qū)，一場(chǎng)發(fā)生在如此接近定居點(diǎn)的爆炸引起了人們的關(guān)注。該地區(qū)還布滿了石油和天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的管道，試圖獲取埋藏在永凍土下的化石燃料?！拔覀冞€不知道這些事件是否會(huì)對(duì)北極地區(qū)的人們構(gòu)成威脅，”蘇·娜塔莉說(shuō)道。她和同事們一直試圖在高分辨率的衛(wèi)星圖像中尋找其他坑洞的跡象，以回答這個(gè)特殊的問(wèn)題。
　　“一旦我們發(fā)現(xiàn)類似坑洞的東西，我們就會(huì)使用非常高分辨率的時(shí)間序列圖像（不同時(shí)間在同一地點(diǎn)拍攝的衛(wèi)星圖片）來(lái)嘗試弄清楚它們是何時(shí)形成的，”蘇·娜塔莉說(shuō)。他們的工作似乎表明，坑洞的數(shù)量要比之前認(rèn)為的更多。“到目前為止，我們已經(jīng)確定并證實(shí)了兩個(gè)新的坑洞位置，還有幾個(gè)位置我們?nèi)栽诖_認(rèn)過(guò)程中。在我們的‘非常有可能’類別中，有二十幾個(gè)候選即將退出?？紤]到2013年我們對(duì)它們還一無(wú)所知，看來(lái)很可能還存在更多的坑洞?！?br> 　　最終，蘇·娜塔莉和她的團(tuán)隊(duì)希望能夠收集到足夠的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)搜索過(guò)程的自動(dòng)化。他們的最終目標(biāo)是創(chuàng)建一種算法，通過(guò)在衛(wèi)星圖像中尋找可能的排氣土丘，在坑洞形成之前對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　“我們希望在形成之前就能看到它們，”蘇·娜塔莉說(shuō)，“當(dāng)這種情況發(fā)生在有人居住、有管道和其他天然氣和石油基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)時(shí)，這是我們特別想知道的信息?！?br> 　　就目前而言，要弄清這些坑洞究竟有多常見(jiàn)仍是一個(gè)緩慢的過(guò)程。這些在爆炸后誕生的坑洞，大多數(shù)可能很快就消失在荒原之中，比如在Seyakha村附近的爆炸事件中留下的坑洞——寬70米，深度超過(guò)50米——由于靠近河邊，在短短4天內(nèi)就裝滿了水。在一場(chǎng)劇烈事件之后，坑洞轉(zhuǎn)變成了湖泊，這似乎是一個(gè)相當(dāng)人畜無(wú)害的結(jié)局。
　　其他坑洞則需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能被水淹沒(méi)，但在一到兩年的時(shí)間里，洞口邊緣會(huì)逐漸侵蝕，里面開(kāi)始充滿水，變得幾乎無(wú)法與其他成千上萬(wàn)的小面積圓形湖泊——稱為熱溶喀斯特湖（thermokarst lake）——區(qū)分開(kāi)來(lái)。我們?nèi)圆磺宄@些湖泊中究竟有多少是“氣體排放天坑”留下的痕跡。
　　“永久凍土中的一些湖泊很可能是被水淹沒(méi)的排氣坑洞，”亞歷山大·基茲亞科夫說(shuō)，“現(xiàn)在說(shuō)這種湖泊形成機(jī)制有多普遍還為時(shí)過(guò)早。”一些研究人員試圖通過(guò)測(cè)量特定湖泊中溶解的化學(xué)物質(zhì)來(lái)確定以前的氣體排放坑洞，但目前還未能發(fā)現(xiàn)任何模式。
　　更大的影響
　　了解這些事件究竟有多普遍不僅僅是出于好奇。越來(lái)越多的人擔(dān)心，在西伯利亞西北部出現(xiàn)的巨洞可能與氣候變化導(dǎo)致北極發(fā)生更廣泛的變化有關(guān)。北極表面氣溫的上升速度是全球平均水平的兩倍，這增加了夏季永久凍土層的解凍量。這本身也在改變北極的地貌，導(dǎo)致地面下沉和滑坡，即所謂的“熱融滑塌”。西伯利亞擁有可能是地球上最大的熱融滑塌地貌——巴塔蓋卡坑，又稱巴塔蓋卡巨型塌陷（Batagaika megaslump），它從20世紀(jì)60年代的一個(gè)峽谷發(fā)展到近900米寬，被當(dāng)?shù)厝朔Q為“地獄之門”。
　　“據(jù)我所知，在這個(gè)星球上，沒(méi)有其他任何一個(gè)地方的氣候變化能像這樣導(dǎo)致地面的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，”蘇·娜塔莉說(shuō)。
　　大量的碳被固定在北極永久凍土層中，大約是目前大氣中碳含量的兩倍，主要以冰凍的植物和其他有機(jī)物質(zhì)的形式存在，以及困在冰晶中的甲烷，即葉夫根尼·丘維林之前提到的氣體水合物。隨著地面解凍，微生物會(huì)分解有機(jī)物，釋放出甲烷和二氧化碳等副產(chǎn)物，而困在冰晶里的甲烷也會(huì)釋放出來(lái)。
　　作為一種強(qiáng)效的溫室氣體，從永凍土中泄漏出來(lái)的甲烷有可能加速全球變暖，從而導(dǎo)致更多的永凍土融化。但在亞馬爾半島，巨洞有可能會(huì)引發(fā)另一個(gè)過(guò)程，而這個(gè)過(guò)程會(huì)給氣溫上升、永久凍土融化和溫室氣體釋放之間的復(fù)雜反饋回路增加更多的不確定性。如果最終發(fā)現(xiàn)，困在地下深處永凍層的甲烷沉積物開(kāi)始從通常無(wú)法滲透的永凍層中向上滲出，可能預(yù)示著苔原上方的冰帽會(huì)變得更容易滲透。北極的變化可能會(huì)對(duì)全球變暖產(chǎn)生更廣泛的影響，這可能會(huì)帶來(lái)新的不確定性。
　　“這些坑洞是非常令人震驚的指示器，預(yù)示著在更廣闊的北極地區(qū)正在發(fā)生的事情，”蘇·娜塔莉說(shuō)，“當(dāng)你審視這個(gè)地區(qū)正在發(fā)生的變化，會(huì)發(fā)現(xiàn)有些是逐漸發(fā)生的，有些則會(huì)突然發(fā)生。很少會(huì)發(fā)生爆炸性的變化，但這些事件引起了人們對(duì)所有這些變化將如何影響大氣中溫室氣體的關(guān)注?！?br> 　　盡管亞馬爾巨洞之謎仍有待研究，但迄今為止已經(jīng)揭示的事實(shí)表明，這些坑洞有著重要的意義，未來(lái)人類應(yīng)該更仔細(xì)地觀察它們。

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