艾藍(lán)

?？怂褂谰脙鐾了淼朗鞘澜缟蠟閿?shù)不多的第一手研究地球北部高緯度地區(qū)凍土的地方之一。要進(jìn)入這里，你必須得戴上安全帽，走進(jìn)一座位于阿拉斯加?？怂罐r(nóng)村地帶，費(fèi)爾班克斯以北16英里處的山中。隧道的入口，就像是放大版的霍比特人的洞穴，或是半圓拱形房屋的橫截面。幾棵稀疏的樺樹(shù)和黑色的云杉零星點(diǎn)綴在頂部，隧道門(mén)外，一個(gè)巨大的制冷裝置像噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一樣轟鳴著，以阻止隧道內(nèi)部變形或融化。

走進(jìn)凍土隧道

凍土隧道的內(nèi)部比外觀更奇怪，一條金屬步道在覆蓋著厚實(shí)、細(xì)膩、松軟、可可色的塵土的地面上鋪展開(kāi)，熒光燈和電線懸掛在上方。冰土混雜的墻壁中嵌著千年未腐的動(dòng)植物組織。正因如此，隧道里聞起來(lái)怪怪的，臭氣熏天。土墻看起來(lái)像泥土一樣柔軟，但用手電筒敲擊一下，就會(huì)發(fā)出叮當(dāng)?shù)穆曇簦袷^一樣堅(jiān)硬。

永凍層是冰河時(shí)代產(chǎn)生的一種奇特的混合物，一種可變形材料，覆蓋北半球大約24%的土地，從青藏高原到西伯利亞，以及北極圈和亞北極區(qū)的北美。現(xiàn)在這些區(qū)域中很多地方都變得很脆弱，并不穩(wěn)定。

很多關(guān)于永凍層的科學(xué)研究都是通過(guò)遙感設(shè)備和計(jì)算機(jī)模型，或是在老舊的采礦隧道，或者崩塌的河岸暴露出千年冰層的地方，有時(shí)需要進(jìn)行手工取樣，費(fèi)勁在地下鉆深洞。研究湖泊和濕地碳排放的美國(guó)地質(zhì)調(diào)查生態(tài)學(xué)家金伯利·維克蘭（Kimberly Wickland）說(shuō)：“事實(shí)上我們大多數(shù)人都是在地上研究永久凍土，想象它在地下的樣子?！备？怂顾淼朗莾H有的2個(gè)專(zhuān)門(mén)用于凍土科學(xué)研究的地下設(shè)施之一，游客可以真正地在凍土中漫步，另外一個(gè)在西伯利亞。當(dāng)維克蘭在2001年第一次走進(jìn)隧道時(shí)，她說(shuō)，如醍醐灌頂一般，那一刻她才真正理解永久凍土是什么。

在這里，來(lái)自世界各地的研究者通力合作，進(jìn)行著“上天入地”的研究，從探地雷達(dá)在太空探索中的應(yīng)用（隧道被模擬成火星），到西伯利亞野牛骨頭中的同位素（同位素可能暗示著這些生物滅絕前的遷徙習(xí)慣）。在這里，18000-43000年前的標(biāo)本“唾手可得”，你可以全方位地觀察，可以了解永凍土有多復(fù)雜，有多少仍然未知，可以鉆研和解碼它蘊(yùn)含的關(guān)于地球歷史的大量信息，還可以對(duì)它的消失將可能影響地球未來(lái)的方式進(jìn)行測(cè)試。

事實(shí)上，永久凍土是當(dāng)今全球范圍內(nèi)討論最多的話題，并越來(lái)越具有警示性。2019年12月，美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局表示，世界用來(lái)捕捉和儲(chǔ)存碳的永凍土正在崩潰，并釋放出它曠日長(zhǎng)久封存的物質(zhì)。美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局的分析表明，全球融化中的永久凍土正在每年向大氣中釋放多達(dá)3億到6億噸的溫室氣體，幾乎與法國(guó)或加拿大的工業(yè)和交通活動(dòng)的排放相當(dāng)。這一發(fā)現(xiàn)像一個(gè)警告信號(hào)，這也許會(huì)形成一個(gè)北極自然過(guò)程的反饋回路的開(kāi)始，給氣候變化造成更加深遠(yuǎn)的影響。

氣候變化也在使阿拉斯加的土壤溫度升高，?？怂顾淼滥壳翱赡軗碛羞@片區(qū)域保護(hù)最良好、最寒冷的永久凍土，但很難預(yù)測(cè)這種情況能持續(xù)多久。

關(guān)于凍土隧道的歷史

最初，只有工程師才會(huì)關(guān)注到永久凍土，而且它經(jīng)常是個(gè)“累贅”。20世紀(jì)初，在費(fèi)爾班克斯周?chē)?，永久凍土是勘探者和地下金礦之間的屏障，礦工們會(huì)炸開(kāi)它或給它解凍，使冰凍的土壤變成淤泥，然后將其挪走來(lái)獲取黃金。?？怂顾淼垃F(xiàn)在所處山上較為早期的泥土幾乎都已被金礦工人移走，這也是為什么現(xiàn)在隧道主要用于研究古老的永久凍土的原因。

在其它地方，永久凍土則是個(gè)建筑難題。1942年，美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)派遣10000多名士兵和平民開(kāi)鑿穿越阿拉斯加?xùn)|部進(jìn)入加拿大的阿拉斯加高速公路，此時(shí)工程師們發(fā)現(xiàn)，除非把土壤解凍，不然無(wú)法直接在這種材料上修建公路。根據(jù)兵團(tuán)出版的一部歷史著作，此次工程挑戰(zhàn)推動(dòng)了“寒區(qū)研究要求”的確立，以及后來(lái)“寒區(qū)研究和工程實(shí)驗(yàn)室”（CRREL）的成立，福克斯隧道也屬于CRREL項(xiàng)目，該項(xiàng)目還涉及從融雪模型到濕地植物編目，到隱形飛機(jī)研究等諸多領(lǐng)域。

直到冷戰(zhàn)時(shí)期，凍土才開(kāi)始被視為一種隱形的資產(chǎn)，一個(gè)值得科學(xué)探究的對(duì)象。美國(guó)國(guó)防部想知道冰原是否能為軍事基地和行動(dòng)提供安全位置。在1959年和1960年，美國(guó)軍隊(duì)在格陵蘭島的雪地之下建造了一座“城市”，名為“世紀(jì)營(yíng)”，有實(shí)驗(yàn)室、宿舍、健身房、理發(fā)店，還有核反應(yīng)堆來(lái)提供熱量和電力。在這里，他們研究了雪的屬性，并第一次鉆到格陵蘭冰蓋的底部。該營(yíng)地還預(yù)備實(shí)施“冰蟲(chóng)計(jì)劃”，目標(biāo)是在冰蓋內(nèi)建造數(shù)千英里的隧道，用于儲(chǔ)存彈道導(dǎo)彈和核彈頭。但數(shù)年后，因格陵蘭冰川的運(yùn)動(dòng)性和不穩(wěn)定，無(wú)法支持這樣的系統(tǒng)，項(xiàng)目被取消了。該營(yíng)地于1966年被廢棄。

福克斯永久凍土隧道曾經(jīng)的目的也很普通。1963年，當(dāng)它第一次被挖掘的時(shí)候，只是被設(shè)計(jì)用來(lái)測(cè)試凍土是否能用作地堡或者較小規(guī)模的軍事儲(chǔ)存設(shè)施。永久凍土具有天然的減震能力，理論上可以承受炮擊和轟炸。喬治·斯溫佐是CRREL的實(shí)驗(yàn)工程部的地質(zhì)學(xué)家，也是隧道的第一批建造者和管理員之一，他曾試圖創(chuàng)造自己“合成版”的永久凍土，名為“永久混凝土”，用于格陵蘭島的極北營(yíng)地（Camp TUTO）附近新挖掘的另一個(gè)隧道，建造柱子、磚塊等地下支架和砌體。斯溫佐后來(lái)還寫(xiě)了一本名為《論冬季戰(zhàn)爭(zhēng)》的巨著，描寫(xiě)了在寒冷地區(qū)作戰(zhàn)的技術(shù)問(wèn)題。

在1968年和1969年，美國(guó)礦務(wù)局借用了這個(gè)隧道，在通道的緩坡測(cè)試爆破和鉆孔技術(shù)。隧道最后看起來(lái)像一個(gè)傾斜的字母“V”。在接下來(lái)的20年里，這里進(jìn)行的主要研究依然集中在工程方面，將凍土看作是物理學(xué)的研究對(duì)象，一種會(huì)影響建筑和管道建造的基底，而未曾使用生物學(xué)的視角。工程師們很快發(fā)現(xiàn)，當(dāng)永凍層接近-1°C時(shí)，它會(huì)彎曲變形。因此，CRREL在入口處安裝了第一臺(tái)制冷機(jī)組，還有一組風(fēng)扇，將冷空氣送回地道，冷卻器使設(shè)備保持在大約-4°C。

當(dāng)被冰凝固的泥土暴露在寒冷的空氣中時(shí)，冰會(huì)直接升華成水蒸氣，冰消解后，塵土顆粒會(huì)散落回地面。當(dāng)你像費(fèi)爾班克斯的古生物學(xué)家一樣在塵土中挖掘時(shí)，能找到地松鼠的骨頭，依然帶著一抹綠的千年樹(shù)葉，古老的種子和水果，還有甲蟲(chóng)的甲殼，它們看起來(lái)就像最近剛死在你的窗臺(tái)上。

到21世紀(jì)初期，由于隧道的灰塵表面看起來(lái)能很好地模擬火星——火星也有寒冷的泥土以及它自己的永凍層，研究人員開(kāi)始在隧道中運(yùn)行火星原型探測(cè)車(chē)，并使用探地雷達(dá)，來(lái)探索尋找火星上的水和冰甚至外星生命的新方法。大約在同期，美國(guó)宇航局開(kāi)始對(duì)冰中的微生物感興趣，并研究其中是否可能蘊(yùn)藏著其他星球上的生命形式和功能的線索。在1999年和2000年，美國(guó)宇航局的一位天體生物學(xué)家理查德·胡佛對(duì)一些微觀的細(xì)絲進(jìn)行了取樣，他認(rèn)為這些細(xì)絲可能屬于有32000年歷史的一段永久凍土隧道中冰封的細(xì)菌。2005年，他宣布了在樣本中的發(fā)現(xiàn)——第一個(gè)在古老的冰中依然活著的物種，一種被命名為“更新世肉桿菌”（Carnobacterium pleistocenium）的極端微生物。這一發(fā)現(xiàn)預(yù)示著對(duì)永久凍土的新認(rèn)識(shí)，這證明生命可以存在于極端的地方。但不祥之兆是，遍布地球的凍土消融有可能會(huì)喚醒一些自然生態(tài)過(guò)程以及長(zhǎng)期休眠的生物體，而它們并非都是良性的。

最后的永久凍土

永久凍土隧道較新的部分，在2011-2018年間挖掘出來(lái)，能看到很多冰的“造型”，像抽象的雕塑一樣美麗。在這里，凍土層巨大的橫截面被展示出來(lái)。這些美麗的冰其實(shí)是“冰楔”，有些達(dá)4.5米寬。冰楔是當(dāng)水滲入凍土的裂縫時(shí)形成的巨大的矛狀物。

新的冰每年夏季在水可以滲透的地方填充進(jìn)缺口，所以冰楔會(huì)聚集更多的冰，隨著時(shí)間推移而膨脹。它們有著深色、光滑、大理石花紋般的樣式，在隧道的墻壁上綻放。其中一塊奇特的人形冰：有長(zhǎng)著尖耳朵的頭，胳膊像翅膀一樣在光亮透明的身體上張開(kāi)著，腳的形狀像樹(shù)根。在這里工作的化學(xué)研究人員托馬斯·道格拉斯感嘆：“這是自然的形狀。它讓我想起達(dá)·芬奇的素描。它看起來(lái)多像一只鷹，或一個(gè)變成鷹的人?！彼蠹s于25000年前凍結(jié)在這里。這種奇異的造型比比皆是，離人形冰幾英尺遠(yuǎn)的地方有一個(gè)橫著的冰管，看起來(lái)像一個(gè)立體模型，里面有草屑、根部和懸浮的氣泡。這些植物同樣歷經(jīng)千年，但看上去仿佛是昨天有人把它們摘下，放在了玻璃盒子里。

大部分冰塊99%是冷凍水，摻雜著微量的淤泥。但是永久凍土中的鹽在冰的邊緣形成不凍結(jié)的碎片，在這里，生活著另外的微生物。目前，對(duì)這些微生物的研究在這座隧道以及在世界其他地方的研究中越來(lái)越受關(guān)注，而這是有原因的。在大眾眼中，永久凍土中的微生物就像打不死的小怪獸，是喚醒并傳播流行病的超級(jí)細(xì)菌。2016年，西伯利亞的亞馬爾半島暴發(fā)了75年來(lái)第一次炭疽疫情，可能是由于熱浪使該地區(qū)的永久凍土解凍，從一具死亡已久的馴鹿尸體中釋放出炭疽孢子而引發(fā)的。至少有20人被感染，一名12歲的男孩死亡。微生物還決定著永久凍土中多少碳會(huì)釋放到空氣中，并且有多少會(huì)再次貯存在土壤中。2013年，維克蘭和她的一隊(duì)合作者來(lái)到隧道收集35000年前的永久凍土塊。他們將這些碎屑收集在幾個(gè)裝滿干冰的冷卻器中，飛到科羅拉多州的實(shí)驗(yàn)室，將這些樣本懸浮在水中，然后像過(guò)濾茶一樣進(jìn)行過(guò)濾，測(cè)量有多少二氧化碳從水中析出?！安杷崩锏募?xì)菌解凍和蘇醒后，開(kāi)始分解樣本中的有機(jī)碳，在不到一周的時(shí)間里，大約一半的二氧化碳被釋放到空氣中。這是一個(gè)令人擔(dān)憂的發(fā)現(xiàn)。科學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直在爭(zhēng)論永久凍土層的融化會(huì)以多快或多慢的速度影響全球氣候。但這項(xiàng)研究表明，古老土壤的變暖可能會(huì)在短期時(shí)間內(nèi)向大氣產(chǎn)生爆炸式的排放。

但是，也有科學(xué)家想要在新覺(jué)醒的微生物群落中找到“救贖”的價(jià)值。有些人延續(xù)了胡佛的工作，將更強(qiáng)大的DNA分析引入到了冰中活微生物的研究中，這可能會(huì)為太陽(yáng)系內(nèi)的生命研究發(fā)現(xiàn)新視野。在新罕布什爾州的CRREL實(shí)驗(yàn)室的土壤微生物學(xué)家羅賓·巴爾巴托，也計(jì)劃從隧道中采集樣本用于生物勘探，用來(lái)尋找可以幫助改善設(shè)計(jì)的微生物，比如生物磚、可持續(xù)的道路建設(shè)材料和防凍劑這樣的東西。巴爾巴托說(shuō)：“我覺(jué)得遙遠(yuǎn)的北方和南方有點(diǎn)像新亞馬遜，具有豐富的生物多樣性。我們可能真的會(huì)經(jīng)歷有趣而有用的過(guò)程，做出改變讓事情變得更可持續(xù)?！?/p>

當(dāng)永久凍土消解或被侵蝕時(shí)，將會(huì)留下熱融喀斯特地形。幾年之內(nèi)，凍土融化留下的水坑就會(huì)變成一個(gè)湖，然后坍塌成一個(gè)溝谷。費(fèi)爾班克斯在整個(gè)2019年的平均溫度是0.33°C，剛剛超過(guò)冰點(diǎn)，永久凍土在這種情況下無(wú)法存在很多年。在隧道中的一切，越來(lái)越像一種被困養(yǎng)的稀有動(dòng)物，是一種可能很快就會(huì)消失的地球形態(tài)。道格拉斯說(shuō)：“有時(shí)我們會(huì)開(kāi)玩笑說(shuō)，我們終有一天將擁有費(fèi)爾班克斯地區(qū)唯一的永久凍土?！痹?020年，他和同事將嘗試其它延長(zhǎng)隧道壽命的方法，比如使用太陽(yáng)能電池板為其冷卻器供電。他們將在2021年底完成擴(kuò)建工程，將隧道的規(guī)模擴(kuò)大一倍。這將使他們能夠從上到下多角度地觀察凍土，并研發(fā)出掃描大規(guī)模凍土的方法。

道格拉斯解釋道，在未來(lái)的80年中，僅僅一代人的時(shí)間，阿拉斯加大部分近地表的永久凍土?xí)直离x析。“這將從根本上改變水文、植被、積雪、春季融化的時(shí)間、熱交換、動(dòng)物的棲息地，并且基本上會(huì)完全改變地貌?！??？怂姑媾R的工作就是了解這一損失將會(huì)波及的驚世后果，阿拉斯加和所有遠(yuǎn)北地區(qū)“將會(huì)變成一個(gè)徹底不一樣的地方”。