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西北地区鹅湖——在这样一个脆弱的地区，脚印会留下数年的痕迹，詹妮弗·巴尔策站在那里，眺望着周围绿色的泥炭藓沼泽。黑云杉树像醉汉一样东倒西歪。
巴尔策是安大略省滑铁卢市威尔弗里德·劳里埃大学的生态学家，她用一根金属棒刺穿了一棵云杉附近的地面。
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“你那里正戳到冰，”她说。如果没有这种冰冻，不稳定的云杉树将完全失去立足点并被淹没。
鹅湖正处于气候变化的边缘。半个世纪前，这个距离北极圈 250 英里的地区，过去主要由永久冻土或常年冻结的地面组成。如今，地面已经部分融化，该地区主要为湿地。
气候变化加速了这些快速变化，在过去半个世纪里，这些环境已经升温了 4 华氏度。科学家们担心，随着永久冻土融化，北部生态系统中储存的部分碳将被释放到大气中，并引发全球变暖失控。目前最大的威胁不是来自北极冻原，而是来自北方森林的土壤——加拿大、阿拉斯加和世界其他地区深冻的南部地区——就像鹅湖一样，那里的永久冻土层很薄且零星分布，土壤温度接近熔点，土地已经被石油和天然气勘探破坏。
巴尔策和她的同事们在附近的斯科蒂溪研究营地开展研究，他们正在研究永久冻土融化如何在整个地区产生影响。他们每年三月开始，像猞猁一样在雪地上驾驶雪地摩托。随着阳光越来越强烈，冰雪融化，湖泊成为研究生划独木舟的交通路线。到了九月，雪又覆盖了地面，科学家们收起帐篷，拆下他们的简易卧推架（两个 40 磅的沙袋挂在木头上），然后回家过年。
斯科蒂溪是加拿大西部北方泰加林中唯一的科研站。它是森林地球观测网络（FORESTGeo）的一部分，这是一项由史密森尼热带研究所牵头的全球性努力，旨在了解全球变暖如何改变地球的森林。它是 NASA 的 ABoVE（北极北方脆弱性实验）计划的少数几个实地验证站之一，该计划旨在帮助了解变暖的亚北极地区在下个世纪将如何应对气候变化。
气候模型表明，如果人类继续以目前的速率排放，到 2100 年，永久冻土可能会损失 37 至 174 吉吨的碳，这来自今年四月发表在《自然》杂志上的一项研究。大部分释放将以二氧化碳和甲烷的形式出现。奥巴马总统在今年八月在阿拉斯加举行的一次会议上强调了这一风险。
他说：“如果我们什么都不做，预计到本世纪末，阿拉斯加的气温将上升 6 到 12 度，从而引发更多的融化、更多的火灾、更多的永久冻土融化，这是一个负反馈循环，一个循环——变暖导致更多的变暖——我们不想成为其中的一部分。”
陷入变暖的未知
在斯科蒂溪，37 岁的巴尔策在避风处与她的同事们聊天，这个半永久性的避风处同时也是厨房和会议厅。2014 年，一场大火摧毁了鹅湖对面的森林，将所有地面植被都变成了木炭。巴尔策在燃烧地点安装了实验站，以追踪森林的恢复情况。
威尔弗里德·劳里埃大学的水文学家比尔·昆顿提到，他在燃烧地点进行的实验可能会与巴尔策的实验重叠。巴尔策要求他消除重叠，他同意了。
巴尔策全心投入到她在北方森林和北极的研究中。今年夏天，她花了六周的时间进行实地考察，研究西北地区 2014 年的火灾季节（有史以来最严重的一次）如何影响北方森林生态系统。她正在进行三个研究项目，并正在与史密森尼和 NASA 就其中两个项目进行协调。繁重的工作让她无法陪伴两个年幼的女儿。
当巴尔策谈论她的研究时，她的话似乎直接来自一份资助申请。
“（北方森林）是地球上如此庞大的生物群落，因此，该系统的变化会对全球气候产生直接影响，”一天晚上，她坐在伸入鹅湖的码头上说。苍蝇在周围飞舞，一只潜鸟在背景中发出笑声。
“我没有很好地解释这一点，”她突然叹了口气说。
北方森林覆盖欧洲、亚洲和北美 530 万平方英里，是一个古老的碳汇。大约 20,000 年前，覆盖整个加拿大的冰盖退回北极。针叶林迅速向北扩张，它们的根牢牢地扎在永久冻土上。
当地球进入 11,500 年前类似夏季的全新世时期时，一些永久冻土的南部地区融化，那里的森林变成了沼泽和湿地，在加拿大被称为 muskeg。从这个意义上说，北方森林一直是一个不断变化的景观。
50 岁的昆顿在 1999 年与一位同事乘坐直升机来到鹅湖。该地区位于麦肯齐河三角洲，那里是让玛丽河第一民族部落成员传统上狩猎驼鹿和驯鹿的地方。从空中看，这片土地看起来像是泥沼，并且越来越多，被针叶林分隔开来。
泥沼是特殊的表面。它们由莎草和泥炭藓覆盖层组成，下面主要是开放的水域。直升机飞行员是个新手。他盘旋在离地面 10 英尺的地方，对着科学家们喊道：“好，把你们的东西扔出去！现在！”
昆顿看着他的同事，他的同事也回望着他。他们扔掉了背包，背包落在泥沼上溅起水花，并迅速沉了下去。科学家们跳了出来，沉到腰部。“哦，我的天哪！这太糟糕了，”昆顿喊道。
他发现针叶树似乎生长在稳定的地面上。这是由于永久冻土的一个特性。冰冻将土壤从湿地中抬起，形成足够干燥的平台，让树木可以在其上生长。如果没有永久冻土平台，树根就会被淹死。
“如果树能站立，我就能站立，”他想。科学家们走到高原并建立了他们的研究站，该研究站以一位在此地附近生活和去世的苏格兰隐士的名字命名。
除了扎根树木，永久冻土还充当碳的储藏库。一项研究估计，北方森林中储存了大约 1,095 吉吨的碳，其中约 95% 储存在土壤中。其中不可量化的部分存在于类似于斯科蒂溪的冰冻、富含泥炭的土壤中。总的来说，北方森林是世界上最大的碳汇之一。
森林变成了沼泽
科学家们担心永久冻土会融化，由部分腐烂的古代植被残骸组成的深层碳储量会变干并分解，从而向大气中释放碳。但是他们一直难以准确地模拟问题的规模，其确定性太低，以至于这些信息对决策者毫无用处。
气候建模师使用计算机以数学方式表示地球并预测其未来，他们在模拟中不使用这些值。他们目前的模型发现，在世界接近危险气候变化的阈值之前，各国还可以排放 485 吉吨的二氧化碳。但是，如果没有永久冻土的释放，这个碳预算可能会被高估。
四月给鹅湖带来了春季解冻，并开始了生长季节，自 1980 年代以来，生长季节每十年提前一天半。自 1970 年以来，气温升高了 4 华氏度。冬季气温升高了 7.3 华氏度。
变暖在这个冰冻的、富含泥炭的景观中引发了连锁反应，这种情况也发生在环极亚洲和欧洲。永久冻土通常在此处地下 1.6 英尺处出现，但在某些地方已降至 10 英尺，而在另一些地方则完全消失。永久冻土高原已经坍塌并形成了沼泽。
自 1947 年以来，鹅湖 30% 的土地已经从北方森林转变为湿地。巴尔策说，21 世纪初的森林损失率是过去几十年来的三倍。她对附近 50 英亩的土地上的每一棵树都进行了普查，以查看随着时间的推移物种组成是否有任何变化。她还在跟踪土壤碳的变化和光合作用的速率。她将在五年后重新进行测量以跟踪任何变化。
“由于永久冻土融化，景观正在重组，”昆顿说。
但融化并不一定意味着斯科蒂溪的碳净损失。41 岁的大气科学家和梦想成为水上飞机飞行员的奥利弗·松纳塔格密切关注着从一个 90,000 美元、165 英尺高的塔顶上的监测站进入和离开该地点的二氧化碳和甲烷。今年八月，他派他的现场技术员卡罗琳·维什涅夫斯基去清洁传感器。一条大蜘蛛出现在她头顶的吊带绳上，维什涅夫斯基盯着它。她通常对北方生活的挑战毫不畏惧，这种态度反映在她在避风处悬挂的木牌上，上面写着“生活不是与小马一起生活”。
“我不喜欢蜘蛛，”她对着松纳塔格喊道，然后平静地擦亮了传感器。这里的测量遵循 FLUXNET 建立的协议，FLUXNET 是一个由 500 个站点组成的全球网络，跟踪二氧化碳、水和能量平衡的局部变化，以便构建地球系统变化的详细图像。松纳塔格说，这个塔的安装特别困难，因为它建立在容易退化的永久冻土中。三年多来，地面已沉降了 20 厘米。
“如果永久冻土[完全]融化，那么这个东西就失去了地基，它就消失了，”他站在塔底说道。
索南塔格还在追踪水中通道所携带的碳量，因为沼泽地排入马更些河，最终汇入北冰洋。索南塔格认为，总体而言，斯科特溪的景观变化释放的碳量与其植物进行光合作用吸收的碳量大致相当。特别是泥炭藓，生长茂盛。
火灾帮助二氧化碳汇转变为源
“总的来说，这些初步结果表明，甲烷的排放量有所增加，但同时，二氧化碳的吸收量也在增加，”他说。一旦沼泽地在未来排干并干燥，它们可能会成为二氧化碳的来源。
斯科特溪碳平衡的复杂性说明了为什么很难预测随着地球变暖，北方森林汇是否会成为碳源。哈佛大学的环境科学家史蒂文·沃夫西在去年10月的一次采访中表示，有两个大的、相反的趋势将决定它的命运。
北方森林的北缘正在向无树的苔原地区扩张，这是对更长的生长季节和更温暖的气温的响应。在像鹅湖这样的中间地带，沼泽地的二氧化碳吸收量正在增加。
但在北方森林的南缘，比斯科特溪更靠南的地方，温度变化超过了降水，树木正在死亡。在整个极地周围的北方森林中，野火——这是一种将土壤中被困碳快速转化为二氧化碳的方式——变得更加频繁，燃烧面积也更大。
“一个令人担忧的问题是，目前干燥的条件会促进更大规模、更严重的火灾年景更加频繁地发生，”巴尔策说。
科学家们在2014年6月在斯科特溪目睹了这种威胁，当时，一场破纪录的干旱和火灾季节中，闪电引燃了永久冻土高原。该省派遣油罐车来灭火，火灾结束后，地面被烧焦了。科学家们进行实验，以观察烧焦的地面是否会加速融化。昆顿正在研究生态系统中的水流，而巴尔策正在研究该地区和西北地区的其他30个地点发生野火后植被如何恢复。
科学家和研究生们有时在这个偏远的营地里彼此相处数月，没有现代的干扰，他们之间会不停地互相开玩笑。
今年8月，在燃烧地点，烧焦的树枝和木棍从黑色的地面上伸出来。点点绿色表明植物正在寻找立足之地。在燃烧地点的边缘，永久冻土高原已经坍塌成沼泽地。消防阻燃剂的亮橙色几乎看不见。
到目前为止，科学家们发现，永久冻土层在几个月内下降了近8英寸，昆顿说。无人机的嗡嗡声充满了空气，机器出现在视野中，高高地在树冠上方，由一名研究生操纵，拍摄景观变化。
“那是巴尔策，她在天空中的眼睛，”昆顿说。“我担心它上面会有一个扩音器，‘昆顿，回营地去！’”
明天：当变暖的苔原燃烧时。
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