冻土消融 危机四伏

段景颐

房屋沉降、树木倒伏、病毒复活、炭疽爆发、神秘深坑……

在位于北极圈的阿拉斯加，人们发现自己的房屋正在向地下沉降，原本挺拔的树木也开始大范围倒伏。在俄罗斯远东地区，原本坚硬无比的永久冻土开始融化，猛犸象的骸骨从融化的冻土中显现出来。

2016年，位于挪威北极圈永久冻土带深处、被誉为“末日保险库”的“斯瓦尔巴全球种子库”的入口隧道被冰融水渗入。这里保存着从全世界收集来的数以百万计的植物种子。该种子库建立的初衷，是利用北极圈的天然低温条件，无限期冰冻保存各种植物种子。该种子库几乎不需要制冷费用，也不需要维护费。它被视为全人类农业的守护神：一旦世界遭受大范围灾难，即便作物全毁，人类也能依靠该保险库的种子重新恢复农业生产。幸运的是，这次事故中的渗水在抵达种子库之前又重新结冻，并未威胁到种子库里的种子。但通过这次意外，人们认识到斯瓦尔巴全球种子库并非固若金汤。

病毒病菌复苏

如果一个地区的地面能够连续两年保持冰冻，就能够被认定为永久冻土。北半球的高纬度地区有大量永久冻土带，面积约占北半球所有无冰地带的25%。

永久冻土是一种由泥土、岩石、冰块和生物共同构成的冰冻结构。永久冻土带一般位于气温极低的高纬度地区，常年低温让冻土能够持续冰冻，最久可超过1000年。但如果气温持续升高，永久冻土就会开始消融。

永久冻土内部冰冷、黑暗且没有氧气，pH值也呈中性，这样的环境最利于保存某些停止新陈代谢也不会死亡的生命形态：微生物、种子和孢子刚好符合这个条件。冰冻只能让它们暂时处于蛰伏状态，只要气候一转暖它们就会复苏。

2012年，俄罗斯科学家在西伯利亚某个永久冻土带地下约38米深处，发现了一处松鼠储存食物的“仓库”，在其中发现了一些种子。碳14测年分析显示，这些种子诞生的年代是大约3.2万年前。科学家将这些种子带回实验室培育，其中部分种子成功发芽。在经历320个世纪后，这些种子开出了花朵。

受這次研究启发，法国微生物学家克莱维里带领团队，对当初俄罗斯科学家采集的永久冻土进行长期研究。4年的研究期间，他们成功复活了两种人类从未遭遇过的病毒，而且这两种病毒都成功感染了实验室里的变形虫。

通过这一系列实验，科学家能够直观地观察生物的演化历程。如果想要继续探究这两种古老病毒的祖先，就需要在发现病毒的冻土区进行更深层挖掘。目前，科学家正计划对150米深的深层冻土进行采样，他们的目标是距今60万年前的生物标本。

别看科学家从冻土中复活的病毒目前只是感染了实验室里的变形虫。随着永久冻土的不断融化，能够感染人类的病原体会再临人间。20世纪初，俄罗斯境内的北极圈地区有约150万头驯鹿死于炭疽感染。这些死亡的驯鹿（还包括一些牛）目前还被埋葬于永久冻土带的浅层。即便是永久冻土，其浅层也不是全年冻结，而是会在夏季温度较高时融化，在冬季又重新冻结。一旦天气变暖，永久冻土表面开始融化，100多年前被埋葬的动物尸体中的炭疽杆菌便恢复生机，向空气中释放炭疽芽孢。2016年，俄北极圈地区72位牧民感染炭疽住院，导致这一大型感染事件的元凶，很可能就是动物尸体中的炭疽杆菌。

除了驯鹿和牛的尸体，在北极圈永久冻土地带还有大量人类墓地，其中埋葬着死于天花、鼠疫和流感的人类尸体。科学家认为，这些尸体中的细菌和病毒造成新一轮全球瘟疫的可能性不大，更应该引起警惕的是那些蛰伏于永久冻土深层，因为某种原因（例如极地矿物开采和建筑开发）而被带到浅层的未知史前病原体。在史前病原体面前，现代人类的免疫系统可能根本无法发挥作用。

病菌和病毒还不是最可怕的，更让人担心的是永久冻土融化释放的碳。原本埋藏于永久冻土中的有机质，无论是猛犸象尸体还是古代植物，一旦因为永久冻土融化而重新暴露在空气中，便会被微生物分解，从而向地球大气释放大量温室气体。据估计，永久冻土中含有约1.5万亿吨远古深层碳，这一碳含量相当于目前大气总碳含量的2倍。被释放到大气中的含碳分子越多，温室效应就越明显，这反过来又会加快永久冻土融化的速度。

挪威斯瓦尔巴群岛，全球种子库所在地的一部分永久冻土。

人们在西伯利亚等永久冻土带挖掘猛犸象牙。猛犸象等动物的尸体一旦重见天日，意味着将有大量温室气体释出。

永久冻土中出土的种子，在经历3.2万年后重新开花。

三种空间分布的永久冻土。

穿过永久冻土带的铁轨也难逃地面变形和沉降的影响。

俄罗斯希什马廖夫岛，因为冻土融化造成的海岸线后退大幅度侵蚀人类居住范围。

危害不可低估

永久冻土融化也威胁着人类的居住地。永久冻土中的冰分为两类：一类是分布于其中的大块冰；另一类是遍布永久冻土中，像胶水一样把所有成分胶结起来的弥漫冰。弥漫冰融化会让永久冻土中的土壤形成泥浆，造成地面逐渐下沉和土壤流失。如果构成永久冻土的大块冰融化，便会造成地面突然下陷崩塌。

我们不能因为觉得北极圈都是无人区，就低估永久冻土融化的危害。俄北部边疆城市诺里尔斯克就是一座在永久冻土上建立起来的城市。该市建立于1935年，位于北极圈内，是一座拥有18万人口的工业城市，也是俄镍矿开采和冶炼的核心城市。

永久冻土地表温度的变化即使很轻微，也可能对建筑物带来结构性破坏。30多年前，俄工程师曾经计算出当时温度下永久冻土地基能承载建筑物的最大重量。今天俄永久冻土带的年均温度普遍上升，增幅最高的地区年均温度上升了3.6℃。因此，当时建筑设计的可靠度在今天已经打折。据科学家估计，相较于20世纪60年代，2010年西伯利亚地区永久冻土地基的承载能力最大下滑可达46%。也就是说，30年前能够承载10层楼的地基，现在也许只能承载5层楼。

诺里尔斯克政府2015年的统计数据显示，地面融化让当地数百栋居民建筑出现不同程度变形。俄北极圈内一些城市开始为建筑物地基安装热虹吸管，利用水蒸发和冷凝为地面散热，防止地基进一步融化。但这种补救只是杯水车薪，无法逆转整个城市地面融化。

北极圈内的城市面临的还只是建筑物坍塌风险，而一些古老的沿海村落则面临被大海淹没的威胁。在过去50年里，北极圈海岸线以年均45厘米的速度向内陆收缩。北极圈海岸線的消退是永久冻土融化、海平面上升和全年高温期延长共同作用的结果。一方面，随着北极圈冰量减少和海平面上升，波浪可以侵蚀更靠近内陆的海岸线。另一方面，永久冻土融化让海岸线的土壤变得更加柔软，进一步加快海岸线被侵蚀的速度。

爆发的甲烷丘

巴塔加卡深坑位于西伯利永久冻土带，长度接近1600米，深度达100米。许多人认为巴塔加卡深坑是一个巨大陨击坑。但俄地质学家却对这个深坑的成因有不同看法，因为巴塔加卡深坑不符合任何已有科学文献对陨击坑的描述。在同为俄北极圈的亚马尔地区，科学家已经确认了至少9个类似巴塔加卡深坑的坑洞。

虽然没人亲眼看见这些奇怪深坑的形成过程，但科学家已提出一种假说：随着气候变暖，埋藏于永久冻土中的甲烷水合物（甲烷水合物也叫可燃冰，是一种像冰的物质）受热膨胀并爆发。在深坑被发现前，当地放牧驯鹿的牧民听到附近传来几声巨响。

科学家在巴塔加卡深坑内发现了高浓度的甲烷，并在深坑周围数百米范围内发现大量被抛出的土块。从历年该地区的卫星照片可以看出，相比1999年，2013年时巴塔加卡深坑的面积明显扩大。这也证实了巴塔加卡深坑并非陨击坑。从目前直升机和卫星采集的照片估算，北极圈至少有超过10万个还没有爆发的“定时炸弹”。虽然其中大部分是无害的冻胀丘（含水量高的土壤结冻膨胀，从而将地面抬起），但是科学家不能确定其中有多少是具有爆发危险的甲烷丘。

由于永久冻土带并非人类主要聚集区，因此各国对永久冻土的认识并不充分。永久冻土带剧变背后的原因除了正常的自然活动，还有人类活动的影响。可以肯定的是，这场大解冻将永远改变永久冻土带的地表形态，甚至影响整个地球和生活在地球上的全人类。

巴塔加卡深坑的成因很可能是甲烷爆发。

永久冻土带的地面下封存着储量极为惊人的甲烷等温室气体。

冰盖下潜藏危机

除了永久冻土融化，极地冰盖融化也会给人类生存带来威胁。2017年夏季，丹麦气候学家科尔根来到位于格陵兰冰盖的前美国军事基地“世纪营”（已荒废）。他此行目的是考察世纪营的有毒物质流出情况。

现在当你来到世纪营，你会发现这里只有茫茫冰原。但在冰雪覆盖的地表下约30米处，是一座总面积相当于100个标准足球场、能容纳200名士兵工作和生活的大型军事基地。可是还没等到冷战结束，世纪营便在1967年被彻底废弃，而当时世纪营的大量有毒废料（包括污水、放射性冷却剂、具有致癌效应的工业化学制品以及大量柴油）还未进行无害化处理。当时美国工程师认为，世纪营所在地区气候寒冷，因此这些有毒物质将永久封存于冰盖之下，不会对环境造成影响。

但近年来的观测数据却不容乐观。相比20世纪前83年的年平均冰盖融化速度，进入21世纪以来，格陵兰冰盖的融化速度已达到之前的近4倍。2007～2011年，格陵兰地区的冰盖每年平均融化2900亿吨。按照科尔根的预计，如果洋流变暖的趋势无法得以控制，75年内世纪营的有毒废物就会开始融化并流出冰盖。

冻土消融古人“露脸”

永久冻土消融为考古学家打开了一扇窥探历史的窗户。在阿拉斯加北极圈地区，考古学家发现了公元600～1300年的比尔尼克遗址。遗址中出土了一些编织器皿、木制工具和衣物。若不是永久冻土冰冷黑暗的环境大大减弱了微生物的生命活动，这些特别容易腐烂的古人类制品就根本不可能保留至今，考古学家也就根本无法知道过去生活在这里的人们如何在如此恶劣的环境中生存。

阿拉斯加极北端的比尔尼克遗址就是众多这类遗址中的一个。比尔尼克人曾经生活在阿拉斯加北部海岸线。但直到考古学家从阿拉斯加北部的永久冻土中挖掘出了用海豹皮和北极熊皮毛制成的皮大衣、皮靴子和婴儿穿的皮袄，人们才第一次见到比尔尼克人皮制品上细密的针脚和结实的缝线，并惊讶于一千多年前的皮制品至今都能完全防水。这些由永久冻土保留的文物，有助于科学家揭开人类历史上的一个谜团：为什么1.1万年前，居住在西伯利亚的人类要不远万里，穿越冰封的白令海峡，定居美洲大陆？

但永久冻土的消融也是一把双刃剑：从融化的永久冻土中显露出来的遗迹如果得不到及时挖掘，封冻其中的人类制品在接触空气后便很快腐烂。而以目前在北极圈工作的考古学家数量看，考古发掘的进度远远赶不上永久冻土消融的脚步。