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從泥炭沼澤中被挖掘出來的泥炭是一種重要燃料

來源：大自然探索      2020年1期

沼澤水面上充斥著可燃性氣體甲烷。這些甲烷由沼澤中的厭氧微生物代謝產(chǎn)生?！　≡诠糯M(jìn)入沼澤的人們?cè)谝雇砜吹竭h(yuǎn)處有火光閃爍，會(huì)誤認(rèn)為是人家的燭火。如果貿(mào)然跟隨“燭火”深入沼澤，很快便會(huì)迷失方向，不少人因此喪命沼澤。難怪這些神秘火球被當(dāng)成是邪惡精靈的化身。2018年10月末一個(gè)傍晚，美國(guó)新澤西州中部的米爾斯通河上漂浮著一艘小船。船上坐著應(yīng)用微生物學(xué)家伊芙麗帶領(lǐng)的小隊(duì)。伊芙麗點(diǎn)燃一根長(zhǎng)桿末端的織物，小心翼翼地將長(zhǎng)桿燃燒的一端伸向河面。河面上立即升起熊熊火焰，火光照亮船上所有人的臉龐。幾秒鐘后，火光消失，周圍一切又迅速遁入夜色?！　≌訚伤嫔铣涑庵扇夹詺怏w甲烷。這些甲烷由沼澤中的厭氧微生物代謝產(chǎn)生?！　∫淋禁惖倪@個(gè)實(shí)驗(yàn)揭示沼澤水體會(huì)釋放可燃?xì)怏w。沼澤水面幾乎平靜。這意味著空氣中的氧氣無法有效溶入沼澤水中。因此，厭氧細(xì)菌和依靠無氧代謝的古菌在沼澤水體中大量繁殖，而它們中許多屬于產(chǎn)甲烷菌。在伊芙麗的小隊(duì)步行穿越沼澤時(shí)，她讓大家注意身邊不時(shí)浮起的一連串甲烷氣泡?！　≡陉幚涑睗竦恼訚芍校鞘裁袋c(diǎn)燃了燃點(diǎn)超過500℃的甲烷？原來，沼澤中富含磷元素，這讓厭氧菌在代謝時(shí)產(chǎn)生磷化氫（一種常溫下可自燃的氣體）。由于厭氧菌的代謝活動(dòng)，水面附近始終充斥甲烷氣體。少量磷化氫浮出水面后自燃，并點(diǎn)燃了附近的甲烷，形成火球。

泥炭是天然固碳裝置

有些沼澤易燃，尤其是泥炭沼澤。泥炭是煤炭的初級(jí)形態(tài)，由泥炭沼澤中沒有完全腐爛的植物殘?bào)w形成。2019年6月，北極圈經(jīng)歷罕見高溫，西伯利亞、格陵蘭、阿拉斯加和加拿大北部等北極圈地區(qū)野火猖獗，其中不少野火發(fā)生于多年凍土帶上方的泥炭沼澤。雷擊制造火苗，豐富的泥炭提供可燃物，干燥天氣則助長(zhǎng)火勢(shì)蔓延。　　泥炭沼澤的火勢(shì)不但向周邊蔓延，還向地下更深的泥炭層擴(kuò)散。這種地下立體火災(zāi)一次性可持續(xù)數(shù)月，燃燒不但產(chǎn)生大量碳排放，還會(huì)破壞土壤微生物群落和植物根系。燃燒過后的地下土層出現(xiàn)巨大空洞，引起地面塌陷，沿海泥炭沼澤地被大量海水倒灌。印度尼西亞擁有面積巨大的熱帶泥炭沼澤，分布在婆羅洲群島和蘇門答臘島等地。印度尼西亞每年有大面積泥炭沼澤被抽干積水并焚燒，以清理出耕地用于種植油棕（一種油料作物，其產(chǎn)品是食品、化妝品和工業(yè)生產(chǎn)的重要原料）等經(jīng)濟(jì)作物。因?yàn)槟嗵空訚傻牡蜏睾腿毖鯒l件抑制了植物殘?bào)w腐敗，所以大氣中大量的碳被保存在泥炭沼澤中。因?yàn)槟嗵渴且环N燃料，所以泥炭沼澤在干燥天氣極易發(fā)生自燃?！　∧嗵空訚呻m然易燃，但也是重要的天然固碳系統(tǒng)：一方面，泥炭沼澤中生長(zhǎng)的植物不斷從大氣中吸收二氧化碳，并以纖維素、木質(zhì)素等有機(jī)質(zhì)的形式固定下來;另一方面，泥炭沼澤寒冷的環(huán)境延緩植物腐敗進(jìn)程，沼澤中充沛的水量則隔絕有機(jī)質(zhì)接觸空氣。就這樣，大氣中大量的碳被鎖定在泥炭沼澤中。據(jù)估計(jì)，每1平方米的泥炭地每天能從大氣中吸收、固定3克二氧化碳。全球130萬平方千米的泥炭地儲(chǔ)存著相當(dāng)于全球60年碳排放總量的碳。

為什么我們離不開泥炭沼澤？

提供燃料泥炭很久以來都是一種重要燃料。泥炭中的木糖也可用于生產(chǎn)乙醇：泥炭被浸入硫酸溶液中熬煮，其中的木糖被硫酸溶劑萃取出來。木糖是一種五碳糖，也是一種重要生物質(zhì)，經(jīng)特種酵母處理后可用于生產(chǎn)燃料乙醇。每100千克泥炭干物質(zhì)中可提取出6升純乙醇，產(chǎn)量接近馬鈴薯制乙醇。木糖本身在化工、醫(yī)藥、皮革、染料等工業(yè)部門都有廣泛的應(yīng)用?！　?dòng)植物的重要棲息地沼澤生態(tài)系統(tǒng)有很高的生產(chǎn)力，其多樣化的水陸環(huán)境為生活在沼澤中的微生物、植物、昆蟲、鳥類、魚類、兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物和哺乳動(dòng)物提供理想的棲息地?！　∧嗵空訚杀蛔u(yù)為生物“超級(jí)市場(chǎng)”，為動(dòng)物提供多樣化食物來源。枯死的植物葉子和莖在水中分解，形成有機(jī)質(zhì)小顆粒。小型水生昆蟲、貝類和小型魚類靠進(jìn)食這類有機(jī)質(zhì)生存。這些小型動(dòng)物又為大型肉食性魚類、爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物、鳥類和哺乳動(dòng)物提供食物。泥炭沼澤還為人類提供豐富的食物來源，包括魚、貝類、漿果、野生稻等等。更重要的是，沼澤中的微生物和野生動(dòng)植物共同參與全球水、氮和硫循環(huán)?！　艋|(zhì)泥炭沼澤具有強(qiáng)大凈化能力。泥炭沼澤的海綿狀土壤不僅吸收水分，也清除許多水體中的污染物。上游水匯入沼澤后，流速變慢，有利于泥土和沙粒等大顆粒沉降。一些來自城市、牧場(chǎng)和道路排水中的污染物，例如重金屬和農(nóng)藥，被泥炭沼澤中的植物根毛和泥炭土吸附，其中一些有害物質(zhì)形成沉淀物沉積下來，還有一些成為植物組織的一部分。在泥炭沼澤的更深層土壤中，微生物完成更復(fù)雜的凈化。水中的亞硝酸鹽會(huì)在人體內(nèi)被轉(zhuǎn)化為亞硝胺（一種與癌癥高度相關(guān)的化合物）。一些細(xì)菌通過反硝化作用將水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成氮?dú)饣蚝獨(dú)怏w，釋放到大氣，減少水體中亞硝酸鹽的含量。

從泥炭沼澤中被挖掘出來的泥炭是一種重要燃料。泥炭沼澤的高生產(chǎn)力為許多生物提供了棲息地和食物來源。泥炭沼澤的凈水機(jī)制（示意圖）?！　∫?yàn)槟嗵空訚蓛?yōu)秀的凈水能力，許多國(guó)家都在研究利用沼澤等濕地處理污水。20世紀(jì)50年代，德國(guó)科學(xué)家率先提出濕地可被用于大規(guī)模、低成本去除水體中的富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和懸浮物。20世紀(jì)90年代初，深圳出現(xiàn)了中國(guó)第一個(gè)用于污水處理的人工濕地——白泥坑濕地。今天，全中國(guó)正在運(yùn)營(yíng)的人工濕地污水處理項(xiàng)目超過200個(gè)。泥炭黃油。泥炭鞣尸。

泥炭沼澤考古

因?yàn)槟嗵空訚蓻鏊?、低氧（甚至無氧）的環(huán)境不利于微生物活動(dòng)，所以古人使用的木制品等有機(jī)材料在泥炭沼澤中可得到良好保存，因此泥炭沼澤也是考古熱點(diǎn)地區(qū)。在英國(guó)達(dá)特穆爾泥炭沼澤中，考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了距今4000多年的精致手鐲、編織布袋和木制耳釘，其中一些木制品上甚至完整保留了加工痕跡，考古學(xué)家通過這些痕跡來判斷青銅時(shí)代生活在這里的古人使用了什么切割技術(shù)。2016年，愛爾蘭一處泥炭沼澤中出土了一個(gè)木質(zhì)容器，里面裝著重約10千克的黃油塊。其實(shí)，在英國(guó)和愛爾蘭泥炭沼澤附近生活的人們經(jīng)常在寒冷季節(jié)割草準(zhǔn)備燃料時(shí)發(fā)現(xiàn)沼澤黃油。早在2003年，英國(guó)科學(xué)家就揭開了沼澤黃油成分之謎：牛油和乳制品的混合物?！　∧嗵空訚芍谐鐾恋淖钪脊抛C據(jù)是“泥炭鞣尸”——經(jīng)過泥炭地自然干尸化處理的人類干尸。目前人類發(fā)現(xiàn)的最古老泥炭鞣尸形成于大約1萬年前。與絕大多數(shù)古代人類遺體不同，泥炭鞣尸往往能保留皮膚和內(nèi)臟等軟組織，這是由于泥炭沼澤環(huán)境同時(shí)具備高酸性、低溫和缺氧等條件。這些條件不但有利于保存尸體，還會(huì)對(duì)尸體進(jìn)行天然鞣制（鞣制是皮制品的一個(gè)重要加工工序，可讓柔軟皮革變得堅(jiān)硬耐磨）。與此同時(shí)，因?yàn)殚L(zhǎng)期浸泡在酸性水體中，這些尸體的骨骼磷酸鈣逐漸流失，導(dǎo)致骨骼變得極其柔軟。由于尸體中肌肉等組織的蛋白質(zhì)逐漸溶解，尸體體積也隨之縮小?！　≡?916年一次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上，一位瑞典科學(xué)家當(dāng)眾講述自己怎樣通過在瑞典南部泥炭沼澤中發(fā)現(xiàn)的花粉揭示不同植物分布變化過程。粉孢學(xué)這個(gè)新學(xué)科由此創(chuàng)立，其主要研究課題是古代植被分布和古代氣候變化。今天，粉孢學(xué)甚至在石油勘探和司法破案等領(lǐng)域也得到應(yīng)用?！　∧嗵空訚刹粌H具有調(diào)節(jié)氣候和凈化水質(zhì)的作用，也是動(dòng)植物的重要棲息地。泥炭沼澤不僅為人類提供娛樂和景觀資源，而且具有重要的蓄洪意義。更重要的是，泥炭沼澤為人類研究古生物和古代氣候提供了不可替代的標(biāo)本來源。人類對(duì)獨(dú)一無二的生態(tài)系統(tǒng)——泥炭沼澤的認(rèn)識(shí)也在不斷加深。　?。ㄘ?zé)任編輯 王川）

漂浮的島

2013年10月一個(gè)星期五，美國(guó)明尼蘇達(dá)州梅里菲爾德灣東部早起的居民發(fā)現(xiàn)一夜之間水面上出現(xiàn)一座小島，其總面積超過1萬平方米。該島上生長(zhǎng)著矮草、菖蒲和低矮的柳樹?？茖W(xué)家說，這是一塊漂浮的泥炭地（俗稱泥炭浮島）。為了不影響通航，這塊泥炭浮島被切割成三塊，并漂流至下游?！　‘?dāng)氣候變得溫暖時(shí)，泥炭中的有機(jī)物被厭氧菌分解，由此產(chǎn)生的大量甲烷會(huì)增加泥炭浮力，讓泥炭浮于水面。這給植物提供了生長(zhǎng)所需的土壤：草本植物最先登陸浮島，然后是灌木，甚至就連高大喬木也會(huì)安家浮島，浮島因此變得越來越像陸地。泥炭浮島在全世界普遍存在，人們利用這些浮島放牛、耕種和釣魚。

最大的熱帶泥炭沼澤露面

位于剛果盆地中部的一個(gè)泥炭沼澤此前一直不為人所知，直到2012年才被發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)家深入這片熱帶沼澤森林，在三年里收集了足夠的泥炭樣本。結(jié)合衛(wèi)星數(shù)據(jù)，科學(xué)家估計(jì)該沼澤的面積是最初估計(jì)值的17倍。雖然這也只占剛果盆地總面積的4%，但該沼澤儲(chǔ)存的碳量相當(dāng)于全球三年化石燃料碳總排放量，而且全球熱帶泥炭沼澤碳儲(chǔ)量中30%都集中在這里。