野火如何改变世界？

本文经微信公众号“星球科学评论”授权转载，星球科学评论，星球研究所旗下品牌，科学、探索、好奇，作者：云舞空城

人们已经习惯将太阳视作一个“火球”，甚至看见了太阳表面如同液体黄金一般上下翻飞的结构，向整个太阳系释放出温暖和光芒。

分辨率达到30千米的太阳表面运动视频 | 视频为可见光波段拍摄的太阳表面，影片视场范围为19000x10700千米，每个“细胞”的面积都接近一个青海省（72万平方千米）。出处@DKIST望远镜/美国国家科学基金会

但是，如果严格按照化学概念，太阳上发生的核聚变却不能叫做燃烧——只有同时具备了助燃剂（如氧气），燃料和适当的温度，才可以发生物质的燃烧。在整个太阳系，只有地球同时具备充足的上述三点条件，使地球成为太阳系里唯一的燃烧星球。

麋鹿浴（Elk Bath） | 图为在溪流中躲避野火的麋鹿，拍摄于2000年美国蒙大拿州的一次山火现场，是当代最著名的野火照片之一。图片有修饰。图源@John McColgan/美国农业部

每一年，野火都会有规律地降临世界各地。回顾整个2019年，野火“烧遍了”全世界。在中国四川，雷击引发了大凉山的3.30木里火灾，31名救火队员意外牺牲，成为国人心头一道挥之不去的痛。在美国加利福尼亚，2019年的野火比2018年弱，而刚刚拉开序幕的2020年野火季又不知将会迎来怎样的前景。

2018年8月与2019年8月全球野火态势对比图 | 2019年，全球野火发生数量较2018年同期显著增长。图源@ESA

在巴西，亚马逊雨林火光冲天，究竟是人祸还是天灾的讨论，一时间搅动国际舆论；在俄罗斯西伯利亚，寒带针叶林大火释放的浓烟笼罩城市，最终不得不动用军队参与灭火；在澳大利亚，猛烈的火势至今未消，飞升的灰烬甚至漂洋过海，撒向远方。

烈火中依旧坚守的火险警示牌 | 这是澳大利亚户外常见的火险警示牌，在漫天火光中显得别有意味。图源@VCG

在非洲撒哈拉沙漠以南，人们用刀耕火种的方法，在稀树草原和热带雨林里制造着一年一度的“人造野火”，并随着雨季的变化而南北迁徙。

非洲撒哈拉沙漠以南的农业火源态势图 | 2015年11月，撒哈拉沙漠以南的燃烧点连成一线。图源@NASA

野火是一种常见的现象，在这颗蓝色的星球上，几乎每时每刻都有什么东西正在不为人知的地方燃烧着，其数量和规模均远远超过我们从新闻中获得的感知。

2000年至2019年11月，全球着火点分布变化视频 | 基于MODIS和TERRA卫星数据制作，反映地表异常燃烧点，但是无法区分人为火情（如燃烧秸秆）或天然野火。出处@NASA

作为整个太阳系唯一的火苗，天然野火在地球上存在的历史远长于人类。漫长的地球历史中，野火记载着这颗星球的过往，也塑造了依附于它的万物生灵。“野火烧不尽，春风吹又生”，生生不“熄”的野火，给这个世界带来了什么？

从无到有的远古野火

自从植物登上陆地后，太阳系里第一次有了大规模野火^[1-2]。

迄今为止最古老的野火证据，位于距今约4.21亿年前的英国威尔士地区，那个时代是志留纪（距今约4.44-4.19亿年）晚期，而最古老的宏观陆生植物化石则发现于距今约4.25亿年前^[3-6]。这也意味着，植物登上陆地后不久，地球上便开始出现了野火^[7]。

地质历史中可追溯的最古老野火产物 | 英国威尔士Borderland地区志留系Pridoli阶地层中发现的野火产物，其中B和E是烧焦的粪石，其余皆为植物茎秆形成的炭。引自文献[1]

植物从海洋登上陆地，进一步提升了氧气浓度，也逐渐将枯枝败叶铺满大地。闪电、高温、火山爆发等因素点燃火种，在氧气浓度大于16%时，野火便会开始熊熊燃烧^[8-9]。

闪电，树木，野火 | 闪电击中树木/草地起火，是自然界最主要的野火诱因。图源@VCG

按照常理，野火应消耗氧气、释放二氧化碳，但在更大的地质时间尺度下，它却可能提升氧气的相对含量，让火焰燃烧得更加剧烈，形成越燃越烈的正反馈机制^[10]。

野火与氧气浓度的正反馈模型 | 在泥盆纪晚期至石炭纪早期，野火后形成的大量木炭被原地埋藏；此外，水土流失加剧使输入海洋/湖泊的营养物质增多，提升浮游生物生产力，吸收更多二氧化碳，更多的有机质沉入水底被埋藏；浮游生物释放的更多氧气也可以进一步促使野火发生。制图@陈睿婷/星球科学评论

植物登陆以来，至少有过两个主要的野火高发时段，分别是距今约3.5亿年~2.5亿年的石炭纪至二叠纪，以及距今约1.3亿年~0.66亿年的白垩纪^[8]，这都是远古森林遍布世界，而且氧气相对充沛的年代。

地质历史时期的野火燃烧频率曲线及其与氧气含量的关系 | 石炭纪、二叠纪和白垩纪是野火频繁的时代。改自文献[8]

野火与森林相伴相生，而植物燃烧后留下的“木炭化石”，则能记录下野火的大致数量，起火植物的主要种类，野火的类型、规模和温度等细节信息。

保存在一块砂岩中的“木炭化石”碎块 | 右上部黑色物体为木炭碎块，最宽处可达3.8厘米，产自美国俄亥俄州宾夕法尼亚系（石炭系上部）砂岩地层。这是木炭被冲进江河后形成的产物。图源@James St. John/wikimedia

除了宏观的木炭碎块，细小的炭屑和飞灰也会随着热空气飞升，在面积巨大的区域内散落，在更大范围的地质记录里留下蛛丝马迹。

澳大利亚野火产生的烟云笼罩新西兰南岛 | 图片右下部可见一团橘红色的烟云，这是澳大利亚野火产生的浓烟随大气运动抵达新西兰后的场景。这些烟云中携带的飞灰，最终会沉降在陆地和海洋里。图源@向日葵8号（Himawari-8）气象卫星/日本气象厅

白垩纪末（距今约6600万年前），直径大约10千米的小行星撞击地球，终结了非鸟恐龙统治的时代。撞击是否在全球引发了超级大火，一直是科学界争论的热点。根据降落在世界各地的野火飞灰，科学家提出了“全球火风暴”假说，但也受到北美洲缺少相应时期木炭的挑战。无论这场因撞击引起的野火规模有多大，地层中的野火遗物，将继续把这场争论“烧”得炙热^[11-15]。

希克苏鲁伯撞击事件后的场景想象图 | 该撞击究竟引发了多大的“火风暴”，还有待科学家们进一步研究。图源@VCG

浴火而生的植物强者

除了用木炭记录地球历史的点滴，野火本身也在生物演化中扮演着十分独特的作用。作为毁灭性的力量，野火用烈焰践行着优胜劣汰法则，成为一种显著的自然选择方式[8]。越能适应冲天烈焰的植物，便越能幸存和繁衍下去，成为这颗星球的强者。

在二叠纪（距今2.99亿年~2.52亿年），泛大陆的内部干旱少雨，野火频发^{[8, 16]}，以种子繁衍的植物在这样的环境中脱颖而出——种子的受精完全摆脱了流水，比孢子繁殖更能适应干旱的环境。

蕨类植物的孢子繁殖示意图 | 植物的有性繁殖包括孢子繁殖和种子繁殖，蕨类植物的有性繁殖为孢子繁殖，精子需要借助液态水游到卵细胞进行受精作用。制图@陈睿婷/星球科学评论

到了二叠纪末（距今约2.6亿年前），种子植物已占据地球植物种类的60%^{[8, 17]}。种子植物借助干旱和烈焰消灭竞争对手，扩展生存空间，而部分早期裸子植物甚至演化出了耐热的树皮，以保证在火焰中更高的幸存概率。

在野火频繁的白垩纪（距今约1.45亿至6600万年），开花的被子植物一跃而起，迅速取代了裸子植物，成为种子植物中的新贵。一种理论认为，正是因为被子植物具有更快的变异效率、繁殖速度和生长速度，才能够在野火肆虐后的空地上快速萌发，更快的积累燃料，不断扩展自己的生存空间^[18-19]。

火烧后的松树林，野花盛开 | 低矮的有花被子植物生长更快，能更快堆积燃料，威胁高大裸子植物松树的生存。图源@VCG

到了新生代（6600万年以来），更容易燃烧的草类植物将“浴火而生”这四个字体现到极致。草类植物诞生于白垩纪末期，繁盛于新生代。它们拥有更短的生命周期，能够比树木更快堆积燃料，引发频繁的野火阻止幼树成长，得以迅速在森林中扩展自身的生存空间。

非洲稀树草原的野火景观 | 在稀树草原，野火是压制树木生长的重要因素。图源@VCG

距今700万年前的中新世，稀树草原开始在热带和亚热带地区占据一席之地。这是一种高度依赖野火的自然景观，大部分树木都被扼杀在幼年时期。更有甚者，在一些水热条件能够满足森林生长的地方，树木依旧难以成林，继续维系草地的景观^{[8, 18-21]}。

这一时期，恰好也是人类祖先走出森林，走下树冠的关键时刻^[22]。纵然存在气候变冷变干等环境大背景的改变，但草类植物通过野火抑制森林，或许也为人类起源于东非的稀树草原奠定了基础。

当古猿第一次从茂密的草地中试着站起寻找潜在的危险时，人类演化的蓝图，便已在火光和浓烟中徐徐铺开。

黑猩猩在草地中站起 | 这一场面，像极了数百万年前人类祖先从草地里站起的画面。截取自BBC纪录片《植物之歌/How to plant a planet》

玩火自焚的野火之子

人类祖先走下树冠，从野火中拾起燃烧的枝条，逐渐学会用火，从此彻底改变了这颗燃烧星球的面貌。凭借手中的火炬，人类刀耕火种，在草原和森林间开辟出空地，建立城镇，创造文明。

刀耕火种，是全球主要的农业火源 | 图为非洲塞拉利昂一处刚刚熄灭的人造火场，人们将在焚烧后的土地上种植农作物。图源@USGS

在当代，超过80%的野火由人类活动造成，它们来源于工业、农业和其他活动，可能是丢弃的烟头、未熄的篝火、大型机械的火花，或者干脆由人类亲手点燃。人类对野火的贡献，早已超越包括闪电、高温、落石（砸出的火花）、火山、陨击在内各种自然因素的贡献^{[8, 23-24]}。

当代北美洲野火的主要成因 | 人类引发的野火数量（130万）远大于自然引发的野火数量（26万）。制图@陈睿婷/星球科学评论

与此同时，工业活动制造的碳排放，是主导当代气候变暖的主要因素^[25]。越来越热的地球加剧了高温和干旱，改变了降水的节律，显著增加了野火的风险和频率^[26-27]。

美国西部极高野火风险天数曲线对比图 | 数值模拟研究发现，气候变暖提升了美国西部野火实际发生的数量。制图@陈睿婷/星球科学评论

从火焰中崛起的人类，正在变成野火的受害者。伤亡惨重的救火队员、被火场吞噬的房屋和生命、巨大的经济损失和防火预算、烟雾对公众健康的潜在危害、短期加剧碳排放等问题，正成为这颗燃烧星球留给当代人类的巨大困扰之一。

赶赴野火现场的消防车 | 比起造成直接杀伤的火，烟雾的危害更加隐蔽。图源@VCG

因此，野火历来被视作对人类生命财产的严重威胁。世界各国都积极建立了野火防控机制，大量的人力、物力和财力被投入到野火的预防、扑救和管理工作上。在美国，仅在2016年，用于野火防治工作的费用和野火造成的损失高达30亿美元[28]。在中国，2016年制定的《全国森林防火规划(2016-2025)》则为之后十年的森林防火工作初步规划了450.95亿元^[29]。

但就像野火在地质历史里也曾起到灾难之外的积极作用，当代的野火也并非只意味着危险。作为一种复杂的自然现象，野火是正面效益和负面结果的矛盾结合体。从不同的角度科学辩证地看待野火，十分必要。

“允许一部分野火先烧起来”

从资源安全和人类安全的角度，将所有野火在源头阶段扑灭是成本最低、风险最小的做法。于是，在传统的人工瞭望、飞机航拍之外，越来越多的无人机和卫星也投入到监控早期火源的工作里，加大火源监控的科技含量。

国际空间站视角的加州森林大火 | 卫星可以从可见光及其他非可见波段监控全球火情，是当代最重要的野火早期观测手段之一。图片拍摄于2018年8月4日，高度252英里，约合405千米。图源@NASA

从人口密度、风险大小和成本的角度，不同地域的火情可采取迥异的应对措施。在美国2003年制定的《实施联邦荒地火灾管理政策的跨部门战略》中，强调了对不同野火的不同应对思路，并沿用至今。在远离人烟的野外，可以允许自然引发的大火自行燃烧（人为引发的野火则零容忍），尽可能发挥野火的生态作用。人们需要做的只是适当监控，和降低野火蔓延到高价值、高人口数量地区的风险^[30]。

遥望野火的救火队员 | 监视与扑救，都是面对野火的重要举措。图源@VCG

从生态学的角度，野火本就是大自然的一部分，它可以改变植被种群结构、土壤理化性质、微生物及昆虫种群结构、养分的循环路径等，同时起到多种积极和消极的作用^[31-33]。

野火过后，新的生命将重新萌发 | 野火通过控制生死，影响植物的种群结构。图源@VCG

对于耐火植物和依赖火进行繁衍的植物，野火则是一种积极的力量。在澳大利亚，包括山龙眼（Banksias）在内的植物演化出利用火的繁殖策略^[34]，它的果穗需要高温烧灼才能顺利爆开，释放出沉睡多年的种子，快速占据野火焚烧后的开阔空间和富含养料的土地。

被野火焚烧过的山龙眼果穗 | 野火有利于这类植物的繁衍。图源@VCG

除此之外，野火本身还是降低大规模野火风险的最好办法。在中国，由于多年来采用高度积极灭火的策略，一些森林反而堆积大量枯枝败叶，部分地区可达每公顷50-60吨，远远大于可能发生重特大森林火灾的临界值30吨^[29]，成为危险的燃料源。

于是，“允许一些野火烧完”的思想，也写进了面向未来的防火规划文件。受控燃烧，就是一种以野火防控野火的积极手段。在有条件的地区，通过低烈度的、受控的、扩散风险不大的野火来清除地面可燃物，让老旧的林木倒下，孕育出新的森林，使自然生态重现健康。

受控燃烧后植被恢复过程的照片 | 受控燃烧可以有效减少燃料堆积，降低发生更大野火的风险。图中植被恢复时间为两年，拍摄间隔为半年。图源@wikimedia

与野火共存

无论是强大的破坏力，还是独特的生态作用，人类面对古老的野火别无选择，只能拥抱它带来的一切。但这并不意味着我们只能被动承受，恰恰相反，只有积极作为，才能更和谐地与野火共存共生。

积极管控全球变暖，建设高科技消防，科学区分风险级别，用好“以火攻火”，这些都是未来人类在野火防治工作中的重要议题。

飞机扑救野火 | 图中飞机正在对火场投放阻燃剂，科技设备的投入，有助于人们高效管控野火。图源@VCG

更重要的，则是要管好人类掌控火焰的双手，改变落后地区的农业面貌，将人为火源的占比不断压缩，从主要根源来治理野火。

人们在放火烧过的山坡上劳作 | 在一些相对落后的国家和地区，刀耕火种仍是盛行的农业生产方式。图源@VCG

总之，科学地看待野火十分重要。

它既是塑造生命的自然现象，也是人类眼中的灾难；它既有无穷的破坏力，也有基于生态学的积极作用；它既能释放二氧化碳，也为新生植被固碳创造条件；它曾经塑造了人类，也必然会继续与人类共存下去。

所以，不妨将凯撒的交给凯撒，将自然的交给自然。保护好自己，也给自然野火一点自由燃烧的空间。

这便足够了。

野火焚烧后的林地，野花正在盛放 | 火起火灭，花开花落，这便是燃烧星球的生生不息。图源@VCG

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