森林火灾留下木炭——而且可能有毒多年

如果你站在细雨中的森林火灾遗迹中，即使火灾发生多年后，你仍能闻到从倒下的木头和烧焦的树桩中飘出的柴火味。焦黑的遗迹中可能还隐藏着其他东西。

根据周五发表在《自然通讯：地球与环境》上的一项研究，烧焦的木材中含有最近被确认对人类健康构成严重威胁的化合物。这些发现对环境的影响尚不清楚，因为野火是许多生态系统的关键。但它们对于了解全球变暖中更频繁、更猛烈的火灾对环境和健康的影响可能很重要。

这种化合物被称为环境持久性自由基，是不完全燃烧的产物。这项研究的主要作者、维也纳大学微生物学和环境系统科学中心的环境化学家加布里埃尔·西格蒙德在生物炭中发现了这种化合物，生物炭是一种用于提高土壤肥力的高科技木炭。他意识到，如果它们出现在那里，那么它们也可能出现在自然燃烧的木材中。

这些自由基对人类没有直接危害，相反，它们会潜伏在环境中，然后，在环境变化（如接触水）的刺激下引发连锁反应，产生其他化学物质，称为自由基氧，可损害细胞和 DNA。“一旦它们开始反应，它们可能会对环境产生非常强烈的影响，”路易斯安那州立大学超级基金研究中心研究这些化学物质的 Slawo Lomnicki 说。

洛姆尼茨基没有参与这项研究，但他的团队的研究发现，人们在接触烟尘、烟雾或汽车尾气后，这些自由基会导致哮喘和肺癌。

英国斯旺西大学的团队成员收集了 10 起不同森林火灾的木炭样本，这些火灾发生在北方松树林、地中海灌木丛和亚热带草地。森林火灾的残留物中发现了最高浓度的环境持久性自由基，尤其是在树木和其他木本植物燃烧的地方，火灾发生五年后收集的木炭中也发现了这些化合物。

西格蒙德说，他预计会在木炭中发现一些东西，但“我们花了五年时间才对它们进行测量，这令人惊讶。”

他说，在生物炭中，自由基往往会在几个小时后分解，最多一两天，而且他还没有看到关于它在地下如何老化的研究。野火留下的自由基为何能持续这么久仍然是个谜。可能是这些化学物质没有与环境发生反应——“它们只是闲置在那里”，西格蒙德说。或者土壤中少量的某些金属氧化物可能在化合物交换电子时“给”自由基化合物充电。

但洛姆尼茨基表示，这些化学物质的寿命与他根据对发动机尾气等颗粒污染物的研究所预期的寿命相符。他预计，这些木炭块足够大，可以将自由基困在里面，这样它们就无法与其他化学物质发生反应。

当然，火灾是许多生态系统中常见的现象，或者说，在美国开展长达一个世纪的灭火运动之前，火灾曾经是常见现象。广阔的南方松树林曾经经常被草火所困扰，而更大规模的火灾经常席卷加州的内华达山脉。

“从生态或进化的角度来看，”西格蒙德说，如果那些易发生火灾的生态系统没有适应激进分子，那将是令人惊讶的，尽管他警告说他不是生态学家或进化生物学家。“我可以想象，在很多情况下，这是我们没有意识到的一个方面，但这并不意味着生态系统没有意识到这一点。”

但随着地球变暖，火灾也出现在新的地方。西格蒙德指出，最近北极苔原和亚马逊地区发生了火灾，这些地区的植物、动物和微生物不太可能适应火灾的后果。

火灾强度的增加也改变了它们在景观中的作用。加州的特大火灾和超级火灾烧穿了森林冠层，留下了大片枯死的树木。西格蒙德说，这些树冠火与他们研究中产生更多自由基的条件非常相似：澳大利亚桉树和加拿大北方森林的树冠火。

“我们通常会在较长时间内保持较高的火温，”他说，“这些条件会形成浓度更高的自由基，而且可能产生更持久的自由基。”

然而，这项研究并没有暗示这些自由基从木材中去了哪里。

“真正有趣的未决问题是，火灾后会发生什么？我认为影响最大的是地表径流流入河流，”西格蒙德说。“会有很多物质一次性进入系统，只是一小股物质。”有大量证据表明，火灾后溪流和河流水位会更高，沉积物也会更多，因为没有更多的植物来蓄水和抑制侵蚀。还有证据表明，火灾后的水道中存在不同种类的昆虫和鱼类，其中一些似乎在高径流后果中茁壮成长或讨厌它。

所有这些都可能将木炭送入水道，木炭在那里与水发生反应，形成强大的氧自由基。洛姆尼茨基说，他只能推测这种做法的影响，因为对环境中持久性自由基的研究还很新。从理论上讲，他说，“如果你有一个小生物体，这些自由基会破坏细胞膜和细胞壁，从而导致泄漏。”

然而，火灾过后，大量新的化学物质、矿物质和有机物质被引入水道，因此很难确定究竟是什么改变了生态系统。一些研究表明，木炭和木灰可能会刺激土壤中微生物的生长，至少在适应火灾的生态系统中是如此。

但洛姆尼茨基表示，这些化合物已经出现在野火烟雾中。公共卫生专家早就警告说，烟雾会导致心脏问题和炎症，但其造成损害的方式很复杂，尚未完全确定。但根据洛姆尼茨基的研究，环境中持久的自由基可能是其中的一部分。“烟雾本质上是悬浮在空气中的微小颗粒。随着时间的推移，当烟雾扩散时，你就再也看不到它了。但这并不意味着它不存在。”