Explorer Roman Dial นำทีมนักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ในภารกิจบันทึกภูมิทัศน์ที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
นักนิเวศวิทยา Roman Dial นำกระสุนออกจากปืนลูกซอง 12 เกจของเขา
“ไม่ว่าดินแดนนี้จะอยู่ที่ใด” เขากล่าวพร้อมโยนเปลือกหุ้มไหล่ “จะเป็นศูนย์กลางของแผนการศึกษาแรกของเรา”
เรายืนอยู่ในหุบเขาที่มีป่าโปร่งซึ่งอยู่ห่างออกไป 23 ไมล์ขณะที่นกกาบินจากถนนที่ใกล้ที่สุด ถนนเส้นนั้นเป็นทางสัญจรเพียงเส้นเดียวในถิ่นทุรกันดารอาร์กติกที่มีขนาดเท่ากับแคลิฟอร์เนีย และกลุ่มของเราทั้งเจ็ดคนจากไปเมื่อห้าวันก่อน มุ่งหน้าไปทางตะวันออกผ่านภูเขาด้วยแพแพ็กแพ็กและเดินเท้า ในอีก 37 วันและ 320 ไมล์ของการเดินทาง เราจะไม่เห็นมนุษย์คนอื่น
ปืนนี้มีไว้สำหรับเจ้าหมีกริซลี่ย์ที่สดจากการจำศีลและคลั่งไคล้ความหิวโหย เราได้เดินลัดเลาะไปตามไหล่เขาที่เต็มไปด้วยหลุมอุกกาบาต ที่ซึ่งหมีเร่ร่อนได้เคลื่อนดินเป็นตันเพื่อกินกระรอกดิน พวกเขาหิวมากจน Dial สั่งให้เราไม่เตือนพวกเขาถึงการมีอยู่ของเรา แต่แทนที่จะ “แอบดู”
ทำไมทั้งหมดนี้ลอบไปรอบ ๆ ? เพราะมีบางอย่างแปลกเกิดขึ้นในฟาร์นอร์ธ หุบเขาแห่งนี้เป็นเครื่องหมายของแนวต้นไม้ทางตอนเหนือ ซึ่งเป็นเขตแดนที่แผ่กระจายเกินกว่าที่ภูเขาและทุนดราทอดยาวไปถึงมหาสมุทรอาร์กติกอย่างไม่มีต้นไม้ ในขณะที่โลกร้อนขึ้น แนวต้นไม้นี้อาจเคลื่อนไหวได้
หน้าปัดพบเปลือกปืนลูกซองที่พันกันของมอสขนนกและไลเคน เราวางสัมภาระลงและเริ่มกวาดพื้นที่โดยรอบ จากเท้าของเราเราสังเกตเห็นต้นกล้าสปรูซสูงหน้าแข้งหลายต้น เรามองเข้าไปใกล้ ๆ หวีส่วนลึกเหมือนดูแลลิง ทันใดนั้น โลกใหม่ก็มาถึงจุดสนใจ: ต้นไม้ที่มีความสูงเท่านิ้วเท้าซึ่งมีอายุไม่เกินสองสามปีผุดขึ้นในดิน
ฉันหยิบหนึ่งอันแล้วส่งต่อไปที่ Dial
“ใช่ นั่นเป็นต้นกล้า” เขาพูด นัยน์ตาสีฟ้าราวกับน้ำแข็งเป็นประกาย “นี่คือทองคำ”
***
ในปี ค.ศ. 1799 Alexander von Humboldtนักธรรมชาติวิทยาชาวปรัสเซียได้ลงมือผจญภัยในทวีปอเมริกาเป็นเวลาห้าปีซึ่งจะเปลี่ยนแปลงวิทยาศาสตร์ธรรมชาติไปตลอดกาล ขณะพายเรือในแอมะซอน ข้าม Llanos และปีนภูเขาไฟเอกวาดอร์ เขาได้รวบรวมตัวอย่างพืชและการวัดอุตุนิยมวิทยาจำนวนนับไม่ถ้วนซึ่งต่อมาเขาใช้ในการวาดเส้นอุณหภูมิเฉลี่ยที่เท่ากัน ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ “ไอโซเทอร์ม”—ลงบนแผนที่พืชพรรณ แผนภูมิที่ได้แสดงให้เห็นถึงการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ : ภูมิศาสตร์และสภาพอากาศควบคุมการกระจายของพืชทั่วโลก
ตั้งแต่สมัยฮัมโบลดต์ โลกของเราก็ร้อนขึ้นอย่างมาก อุณหภูมิอากาศเฉลี่ยบนบกได้เพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ย 2.7 องศาฟาเรนไฮต์ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2423และภูมิประเทศขั้วโลกก็อุ่นขึ้นมากกว่าสองเท่า ดังนั้น ประชากรพืชจำนวนมากจึงเคลื่อนเข้าหาเสาเพื่อให้มีสภาพอากาศที่เอื้ออำนวยมากขึ้น ความก้าวหน้าเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า “การทำให้เป็นสีเขียว” ของอาร์กติก: การเพิ่มขึ้นของผลผลิตพืชที่คาดว่าจะเกิดจากอุณหภูมิบรรยากาศที่สูงขึ้นและความเข้มข้นของ CO2 การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางนิเวศวิทยาในบางส่วนของอาร์กติกแล้ว และอาจทำให้เกิดภาวะโลกร้อนขึ้นได้อีก
แต่น่าแปลกที่การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่ได้เกิดขึ้นทุกที่ ในปี 1990 นักวิจัยรู้สึกประหลาดใจที่พบว่าต้นไม้จำนวนมากในเทือกเขาบรูกส์ตะวันออกดูเหมือนจะไม่เติบโตเร็วกว่าเมื่อก่อน อันที่จริงบางคนเติบโตในอัตราที่ช้ากว่า ในปีพ.ศ. 2552 การศึกษาสังเคราะห์โดยนักวิจัยหลายคนในนิวซีแลนด์พบว่ามีการสำรวจแนวต้นไม้ 166 แห่งทั่วโลก มีเพียงมากกว่าครึ่งเท่านั้นที่พัฒนาไปได้ตั้งแต่ปี 1900 ส่วนที่เหลือยังคงซบเซา การค้นพบนี้ท้าทายความเชื่อที่มีมาช้านานของ Humboldt ที่ว่าอุณหภูมิเพียงอย่างเดียวกำหนดตำแหน่งของแนวต้นไม้ โดยต้นไม้จะหยุดอยู่แค่ในที่ที่อุณหภูมิเย็นเกินไปสำหรับการแบ่งเซลล์เพื่อรักษาไว้
“คุณจะคิดว่า: ‘มันเป็นต้นไม้อีกเส้นหนึ่ง ต้นไม้มีอุณหภูมิจำกัด ทันทีที่อากาศอุ่นขึ้น มนุษย์ก็ควรเติบโต!” นักนิเวศวิทยา Martin Wilmking หนึ่งในนักวิจัยกลุ่มแรกๆ ที่สังเกตว่าต้นไม้หลายเส้นนั้นเกินความคาดหมาย “อืม พวกเขาควรจะ แต่เราก็เห็นว่าไม่เป็นเช่นนั้น”
มีการตั้งสมมติฐานสองสามข้อเพื่ออธิบายปรากฏการณ์นี้ แต่ยังคงเป็นปริศนา นั่นเป็นเหตุผลที่ในปี 2018 Dial และ Paddy Sullivan ซึ่งเป็นนักวิจัยจาก University of Alaska Anchorage ได้ให้ทุนสนับสนุนการศึกษาแนวต้นไม้ตลอดความยาว 600 ไมล์ของเทือกเขา Brooks ตั้งแต่ทะเลแบริ่งไปจนถึงชายแดนแคนาดา
การรวบรวมข้อมูลนี้จะนำเสนอความท้าทายด้านลอจิสติกส์ที่สำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคตะวันออก แทบไม่มีลานบินที่ได้รับการดูแลอย่างดีในภูมิภาคนี้ และสภาพอากาศมักจะไม่เอื้ออำนวยเกินไปสำหรับเครื่องบินขนาดเล็ก แทนที่จะเดินทางด้วยเครื่องบินพุ่มไม้ ไดอัลตัดสินใจว่าเขาและทีมจะเดินผ่านภูเขาและพายเรือไปตามแม่น้ำด้วยแพแพ็กแพ็ก ซึ่งเป็นเรือเป่าลมที่บรรจุขนาดเท่ากระดาษเช็ดมือ นักบินในพุ่มไม้จะเก็บถังบรรจุอาหารและอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ไว้ตลอดเส้นทางเพื่อรักษาไว้
เมื่อถูกถามเกี่ยวกับแผนของ Dial Matt Irinaga ซึ่งจัดการสนับสนุนด้านลอจิสติกส์สำหรับโครงการ NSF หลายสิบโครงการในอาร์กติกอลาสก้าทุกปี ต่างก็หัวเราะ “เท่าที่วิธีการขนส่งของเขา เขาเป็นคนเดียวเท่านั้น”
หน้าปัดมีคุณสมบัติเฉพาะตัว นักสำรวจของ National Geographic เขาเดินทางไปที่ทุ่งน้ำแข็งของอลาสก้าเพื่อศึกษาสาหร่ายหิมะ ไปยังธารน้ำแข็งในเทือกเขาหิมาลัยเพื่อค้นหาหนอนน้ำแข็ง และบนยอดของต้นkoompassia excelsa สูง 200 ฟุต ในเกาะบอร์เนียวเพื่อศึกษาไม้พุ่ม เขาเขียนหนังสือเกี่ยวกับการบรรจุหีบห่ออย่างแท้จริงและเป็นผู้ชนะสี่ครั้งของ Alaska Mountain Wilderness Classic ซึ่งเป็นการแข่งขันที่ผู้เข้าร่วมแข่งขันกว่าร้อยไมล์ผ่านภูมิประเทศที่เลวร้ายที่สุดบางแห่งในอลาสก้า
ตลอดระยะเวลาหลายปีของการสำรวจ Dial ได้เห็นด้วยกับ Humboldt ว่าการโต้ตอบที่ดื่มด่ำให้ประโยชน์ทางวิทยาศาสตร์ที่ชัดเจน
“เมื่อเดินข้ามภูมิประเทศ ฉันสามารถพัฒนาสัญชาตญาณว่าเกิดอะไรขึ้น” เขากล่าว
นอกเหนือจากการพัฒนากลไกการเคลื่อนไปข้างหน้าอย่างเฉียบคมแล้ว ทีมงานที่มาพร้อมกับ Dial—นักศึกษาระดับปริญญาเอก ช่างเทคนิคข้อมูลรุ่นเยาว์ และนักศึกษาระดับปริญญาตรีสี่คนรวมถึงผมด้วย— จะสังเกตเห็นปรากฏการณ์ใหม่ๆ มากมายในภูมิภาคที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วซึ่งห่างไกลออกไป น้อยคนนักที่จะมาเยือน เราจะจัดทำเอกสารการละลายของน้ำแข็งแห้งอย่างรวดเร็ว สัตว์ป่าที่ไม่อยู่ในสถานที่ และการกระจายพันธุ์พืช โดยหวังว่าจะสามารถไขความลึกลับว่าแนวต้นไม้ก้าวหน้าไปอย่างไรในภายหลัง
“ฉันชอบพูดเกี่ยวกับชีววิทยาของงาช้างเพราะมันช่วยให้ผ่านมันไปได้ง่ายขึ้น” ไดอัลพูดพลางหายใจหอบ
สี่สิบไมล์จากที่ลงพื้นที่แรกของเรา ตอนนี้เรากำลังเคลื่อนตัวผ่านกอหญ้า—กอหญ้าขี้เถ้าที่ไม่มั่นคงซึ่งครองทุนดราอาร์กติก Bob Marshall นักอนุรักษ์ป่าไม้และนักอนุรักษ์ ซึ่งศึกษาแนวต้นไม้ Brooks Range ในช่วงทศวรรษที่ 1930 บรรยายว่าการย่ำยีผ่านลำต้นนั้นแย่ที่สุด “อย่างน้อยร้อยครั้งในแต่ละไมล์ไม่รู้จบ เราจะพบว่าตัวเองนั่งอยู่บนพื้น . . ด้วยหน้าผาที่ยื่นออกมาของการก่อตัวของขี้เถ้าเกือบสูงเกือบถึงเอวเหนือเรา” เขาเขียน “เราจะกัดฟัน รวบรวมพลังงาน และดึงตัวเองขึ้นไปสามฟุตที่จำเป็น—เพียงเพื่อจะทำใหม่ทั้งหมดอีกครั้งภายในยี่สิบก้าวข้างหน้า”
ทว่าเขี้ยวหน้าของเรานั้นไม่ได้แข็งแกร่งเท่าที่ควร เหล่านี้กำลังแห้งและในหมู่พวกเขาก็เริ่มเติบโตกอพุ่มไม้เฮเทอร์บลูเบอร์รี่และวิลโลว์ ฤดูร้อนครั้งก่อน ขณะที่ฉันกับไดอัลขับรถไปที่จุดเริ่มต้นของการเดินทางล่ากวางมูซ เขาชี้ซ้ำๆ ไปที่ไหล่เขาที่ครั้งหนึ่งเคยเป็นทุ่งทุนดรา แต่ตอนนี้ถูกปกคลุมไปด้วยพุ่มไม้พุ่ม “พื้นที่นี้มีไม้พุ่มมากขึ้นมาก” เขากล่าวหลายครั้ง “ทั้งรัฐได้รับไม้พุ่มมากขึ้น”
เราไปถึงลำห้วยและพิจารณาการตั้งแคมป์ช่วงสั้นๆ กลางก้นทะเลสาบที่แห้งแล้ง “ฉันชอบที่เราจะได้เห็นหมีกำลังมา” ไดอัลกล่าว แต่การเห็นหมีอาจไม่ช่วยอะไรเรามากนัก เราปีนป่ายเหนือตลิ่งอันห่างไกลและเข้าไปในป่าสปรูซบางๆ
หลังจากผ่านไปสองสามนาทีในทิศทางนี้ เราก็มาถึงจุดสนใจอื่นที่ไม่อยู่ในแผนที่ของเรา เห็นได้ชัดว่าพื้นที่ประมาณหนึ่งในสามของเอเคอร์ทรุดตัวลงในตัวมันเอง ส่งผลให้เกิดหลุมน้ำขุ่นและต้นไม้ล้มลึกประมาณแปดฟุต ลำต้นไม้สปรูซแห้งกระดูกห้อยอยู่เหนือปริมณฑลที่ขรุขระ
“การละลายของน้ำแข็งแห้งทำให้เกิดสิ่งอื่น” ไดอัลกล่าว ชี้ไปที่ก้นทะเลสาบที่แห้งแล้ว “และการละลายของน้ำแข็งแห้งก็ทำให้เกิดสิ่งนี้”
Permafrost ยึดภูมิทัศน์ของอาร์กติกไว้ด้วยกัน และเมื่อน้ำแข็งละลาย พื้นดินก็สามารถตกต่ำหรือยุบตัวได้ ลักษณะทางธรณีวิทยาที่แปลกประหลาดที่เกิดขึ้นและกระบวนการที่ก่อตัวขึ้นนั้นเรียกว่า “เทอร์โมคาร์สต์”
นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา น้ำแข็งแห้งที่ปกคลุมบริเวณขั้วโลกเหนือได้อุ่นขึ้น3-6 องศาฟาเรนไฮต์ อุณหภูมิของดินที่แห้งแล้งที่อุ่นขึ้นในแถบอาร์กติกตอนล่างและกึ่งขั้วโลกเหนือนั้นเพิ่มขึ้นน้อยลง ส่วนหนึ่งเป็นเพราะอุณหภูมิส่วนใหญ่อยู่ในกระบวนการละลาย เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้น กิจกรรมของจุลินทรีย์แบบเดียวกับที่ให้สารอาหารแก่ต้นไม้จะปลดปล่อยคาร์บอนสะสมในสมัยโบราณ ซึ่งจัดอยู่ในรูปของพืชแช่แข็งและซากสัตว์ที่สะสมอยู่เป็นชั้นๆ เป็นเวลานับพันปี
Permafrost มีคาร์บอนจำนวนมหาศาลในความเป็นจริง มากกว่าต้นไม้ทั้งหมดในโลกที่ประกอบเข้าด้วยกัน ปริมาณคาร์บอนที่ถูกเก็บไว้ในดินแห้งที่เปราะบาง ดินที่เย็นจัดจะละลายได้เร็วเพียงใด และคาร์บอนนี้จะถูกปลดปล่อยออกมาเป็นก๊าซมีเทนมากเพียงใด ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 30 เท่าในช่วงเวลาหนึ่งศตวรรษ เผชิญกับนักวิทยาศาสตร์และนักสร้างแบบจำลองสภาพภูมิอากาศในปัจจุบัน
การรุกของไม้พุ่มและแนวต้นไม้มีส่วนสำคัญต่อผลกระทบที่อาจส่งผลต่อดินเยือกแข็ง ในขณะที่ต้นไม้และพุ่มไม้ให้ร่มเงาในฤดูร้อน พวกมันยังดักจับหิมะที่ถูกลมพัดในฤดูหนาว เพื่อเป็นฉนวนดินเยือกแข็งที่อยู่เบื้องล่างจากอุณหภูมิที่หนาวเย็นที่สุดของฤดูหนาว แต่นัยของแนวต้นไม้ที่เคลื่อนไปข้างหน้าสำหรับสภาพอากาศของเรา ทั้งศักยภาพในการละลายดินเยือกแข็งและลดการสะท้อนแสงของพื้นผิวโลก – สีซีดเมื่อเทียบกับผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากคุณสมบัติเทอร์โมคาร์สต์เช่นเดียวกับที่เราเคยใช้อยู่ตอนนี้
ตรงกันข้ามกับกระบวนการละลายจากบนลงล่างอย่างค่อยเป็นค่อยไป จู่ๆ เทอร์โมคาร์สต์ก็เผยให้เห็นสภาพดินที่เย็นจัดต่อองค์ประกอบ ซึ่งทำให้อัตราการละลายและการสลายตัวเร็วขึ้น พื้นที่ที่อุดมด้วยน้ำแข็งซึ่งเสี่ยงต่อเทอร์โมคาร์สต์มากที่สุดก็มีแนวโน้มที่จะกักเก็บคาร์บอนไว้มากที่สุด น้ำที่มักจะรวมตัวในลักษณะของเทอร์โมคาร์สต์ที่หลงเหลือจากการละลายของน้ำแข็งพื้นดิน อาจทำให้คาร์บอนส่วนใหญ่เหล่านี้ถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของก๊าซมีเทน และนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าอุณหภูมิที่สูงขึ้นและไฟที่รุนแรงขึ้นทำให้เทอร์โมคาร์สต์เกิดขึ้นบ่อยขึ้นในแถบอาร์กติก
แบบจำลองสภาพภูมิอากาศในปัจจุบันคาดการณ์ว่าคาร์บอนที่ปล่อยออกมาจากการละลายของชั้นดินเยือกแข็งจะทำให้เกิดภาวะโลกร้อนเพิ่มขึ้นประมาณหนึ่งในสี่ถึงครึ่งหนึ่งภายในสิ้นศตวรรษ และครึ่งหนึ่งถึงระดับเต็มที่ภายในปี 2300 แต่จากผลตอบรับทั้งหมดต่อสภาพอากาศ การเปลี่ยนแปลงนี้เป็นหนึ่งในความเข้าใจที่น้อยที่สุด และงานวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับเทอร์โมคาร์สต์ชี้ให้เห็นว่าค่าประมาณเหล่านี้ต่ำ
เดวิด ลอว์เรนซ์ ผู้ประสานงานการสร้างแบบจำลองที่ดินของศูนย์วิจัยบรรยากาศแห่งชาติกล่าวว่า “และเป็นสิ่งที่โมเดลของเราไม่ได้คำนึงถึงในปัจจุบัน”
