在肯塔基州哈扎德不远处的迷失山（Lost Mountain）阴影下，一位名叫露丝·穆林斯（Ruth Mullins）的妇女看到山坡上升起烟雾。“我知道那不是森林火灾，因为闻起来有味道”——她说，那是硫磺的臭鸡蛋味。她的怀疑很快得到证实：迷失山废弃了40年的煤矿正在燃烧。
肯塔基州以首次报告火灾的人的名字来命名煤火，因此，自2007年被发现以来一直阴燃并偶尔燃起的这场火灾，正式名称为露丝·穆林斯火灾。“我们从未见过这位女士，也不知道她住在哪里，但她的名字现在出现在世界各地阅读的科学出版物中，”肯塔基州莫尔黑德州立大学（Morehead State University）的地质学家詹妮弗·奥基夫（Jennifer O’Keefe）说，“她获得了一点永垂不朽。”
奥基夫是一个团队的成员，该团队在过去三年里一直在访问露丝·穆林斯火灾，研究其行为并量化从九个已知地面开口喷出的气体。去年一月，她和同事、肯塔基大学地质学家詹姆斯·豪尔（James Hower）带了一些学生到煤火现场进行新的测量。他们将车停在80号公路旁，这条公路沿着迷失山的一侧蜿蜒而过，在刺骨的寒风中卸下设备，疾驰的卡车沿着柏油路卷起冰渣。科学家们跋涉在被雪覆盖的山上，沿着环绕山腰的平坦地带颤抖着，那是20世纪50年代等高线采矿的遗迹。虽然从公路上很难发现燃烧的矿井冒出的烟雾，但在这里，烟雾从矿井入口塌陷的小通风口中滚滚而出。
除了豪尔（他留在更后面）之外，所有人都戴上了粉红色防毒面具，接近了现场。一名配备GPS设备的学生试图通过寻找积雪较薄或完全融化的区域来探测地下火灾的轮廓。另两名学生和奥基夫在一个通风口处安顿下来，测量了开口处的温度以及流出的气体（包括一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、甲烷和氧气）的速度。
“珍，我们上面有焦油或矿物质吗？”豪尔问奥基夫，奥基夫摇了摇头。他小心翼翼地绕过一些倒下的树木，这些树木可能因为煤火烤焦了它们的根部而死亡，来到了另一个通风口，并爬得更近，在因矿井热气而变暖的融雪和泥浆中稍微打滑。这里有大量的焦油和矿物质：黑色的黏稠物将地上的树叶染成双色，从气体中析出的矿物质结晶覆盖在通风口上方悬挂的树根上。为了识别地下可能翻腾的数十种碳氢化合物气体，他将一根管子深深地插入每个通风口内，将排放物收集在一个钢罐中，以便稍后在加利福尼亚大学欧文分校的实验室进行分析。
豪尔还从一个通风口入口处取回了一个风化的装置。这个被称为“锡人”的组合装置由镀锌钢炉管和耐热胶带拼凑而成，已经进行了22天的测量。三层浸有活性炭的过滤器捕获了汞排放物，一对仪器每10秒记录一次温度和一氧化碳，持续三天。另一组设备在整个持续时间内每分钟监测相同的参数。通过这些测量，团队将更好地了解火灾温度和排放物的长期变化。
这是第二个“锡人”。第一个“锡人”部署于2009年的一项研究，显示露丝·穆林斯火灾的一氧化碳水平每天会急剧下降一次，然后又迅速回升。“这些矿井火灾似乎有一个规律的呼吸周期，”豪尔说。
煤火像煤本身一样古老且分布广泛。数千年来，人们报告了靠近地表的煤层火灾——事实上，澳大利亚的燃烧山（Burning Mountain）曾被认为是火山，它坐落在一个已经燃烧了大约六千年的煤层之上。但自工业革命以来，煤火的数量急剧增加。现在世界各地有数千处此类火灾，在每一个矿业暴露煤炭的国家——从法国到南非，再到婆罗洲和中国。
这些火灾对当地健康以及自然和人造环境构成了阴险、持久且往往几乎看不见的威胁。除此之外，人们越来越认识到，所有这些煤火加起来可能对气候变化产生重大影响，这一风险促使美国地质调查局 (USGS) 测量（PDF）美国各地煤火的温室气体和其他污染物排放量，首先从怀俄明州粉河盆地的三处火灾开始。USGS 的这项工作召集了来自全国各地组织的科学家，旨在利用新工具和专业知识测量煤火产生的温室气体，这些气体未被纳入先前的国家和全球调查。“这些煤火对全球变暖的总体贡献是什么？”东乔治亚学院地质学家格伦·斯特拉彻 (Glenn Stracher) 问道，他的工作启发了 USGS 的这项工作。“这是一个没有人回答的重要问题，这就是为什么这支科学家团队齐聚一堂进行定量分析。”
大多数美国人对这些长期燃烧的煤火一无所知，除了宾夕法尼亚州森特拉利亚的矿火。1962年，这个小矿镇的居民在一个废弃的露天矿（曾用作奇葩友谊会墓地附近的垃圾场）里焚烧垃圾，却没意识到这个矿没有妥善封存。垃圾被烧成阴燃的堆，消防员后来将其扑灭——至少他们是这样认为的。但火势继续燃烧，一个月后推土机抵达，进行了更集中的扑灭工作。市民们才发现垃圾场有一个15英尺长的开口，连接着一个地下矿道迷宫。这些通道使火势蔓延到镇下的煤层，并沿着四个方向扩散，最终影响了一个约两英里长、四分之三英里宽的区域。
此后，大约花费了400万美元来扑灭森特拉利亚的火灾，但都无济于事。它至今仍在燃烧，穿过庞大的废弃矿井网络，这些矿井仍然堆满了煤炭。没有人知道这些空洞的范围有多广，而且扑灭火灾的努力已经停止。“它太昂贵了，而且我们也不确定我们能否做到，”联邦地表采矿办公室复垦支持部门主管阿尔弗雷德·怀特豪斯（Alfred Whitehouse）说。
森特拉利亚镇如今几乎完全荒废。1981年，一些居民因吸入一氧化碳而昏迷，另一人因地面突然塌陷而坠入地底——煤炭燃烧殆尽后，地表常会下沉形成空洞——宾夕法尼亚州获得国会拨款4200万美元，用于搬迁森特拉利亚的居民。人们逐一接受了收购，他们的房屋被拆除以阻止擅自占用者。（如今仍有九户居民在抵抗驱逐。）这座小镇现在看起来像一个巨大的空停车场。少数交叉路口仍然保留着停车标志，涂鸦者将其修改为“不要停止相信”。除了诡异的空旷感，地下火灾的迹象是微妙的。一月份的一天，枯草沿着地表长裂缝的边缘结着冰，零星的气体飘散着。一个房屋大小的区域最近下沉了约三英尺，周围冒着蒸汽、破裂的土地上，一片鲜绿的植被正在茂盛生长。
斯特拉彻1991年首次访问森特拉利亚时，这个小镇更像是一个灾区。斯特拉彻刚完成变质岩石学的博士后培训；作为宾夕法尼亚州布鲁姆斯堡大学的一名新教授，他参加了一次地质考察之旅来到森特拉利亚。他被硫磺和其他沉淀矿物包裹的天坑、镇附近现已废弃的61号高速公路上的巨大裂缝、死亡谷（Death Valley）峡谷中升腾的浓烟以及峡谷周围富含硫磺的树木所震惊。当时镇上的天主教堂仍然矗立着。斯特拉彻在一张令人悲伤的教堂外标志旁摆拍了一张照片，上面写着：“森特拉利亚：煤矿火灾是我们的未来。”
“那时火已经烧了很久，”他回忆道。“我想知道它对大气和地下水，甚至对不住在那里的人们，会产生什么样的长期影响。”
当时，斯特拉彻对煤炭了解不多，但他有扎实的化学热力学背景。他决定研究森特拉利亚燃烧的煤炭中硫的行为。1995年，他报告说，部分硫结晶并留在地面，可能污染当地水源；部分则以气体形式飘散，污染空气。九年后，他与一名前学生在《国际煤地质学杂志》上发表了一篇文章，题为“世界各地失控的煤火：环境灾难的热力学配方”。在接下来的几年里，斯特拉彻受邀组织了研讨会，一次是为美国科学促进会，另一次是为美国地质学会。那时，煤火已成为他毕生的工作。
第一次旅行后，斯特拉彻很快了解到森特拉利亚并非美国最古老或最大的煤火。它甚至不是宾夕法尼亚州最古老或最大的煤火。据最新统计，美国有112处像森特拉利亚和露丝·穆林斯那样的地下火灾，还有更多未被统计。除了地下火灾，还有93处已知的地表煤火，其中一些在采煤过程中产生的巨大废料堆中。斯特拉彻提到了阿拉巴马州伯明翰附近一个100英尺高的燃烧着的“废渣堆”（含有煤块和泥岩的混合物）。这个堆在20年前着火，当时显然被扑灭了。但它在2006年再次燃烧，排放出大量烟雾和有毒气体，导致呼吸道疾病；彻底扑灭它的努力直到去年3月才完成。其他地表火灾发生在靠近地壳的煤层被雷击、森林火灾或灌木丛火灾点燃的地方。富含煤炭的美国西部有悠久的此类火灾历史——事实上，粉河（Powder River），其流域位于怀俄明州东北部和蒙大拿州东南部，是美国约40%煤炭的来源，之所以得名，是因为该地区闻起来像燃烧的火药。
但与世界其他地方相比，美国的煤火问题微不足道，那里有数不清的数千处煤火——没有人能给出一个哪怕是大致准确的数字——正在肆意燃烧。印度东部的煤火密度居世界之首。在贾坎德邦贾里亚煤田一个174平方英里的区域内，有68处火灾正在燃烧，其中一些就在采矿家庭居住区旁边。
在中国，估计因失控火灾而消耗或无法开采的煤炭量高达每年2亿公吨，占全国煤炭总产量的10%。印度尼西亚作为太平洋沿岸的主要煤炭出口国，拥有数千处煤火。怀特豪斯在那里花了几年时间扑灭火灾。在2004年的一篇论文中，他指出婆罗洲东部的煤火数量可能高达3000处。今天他认为这个估计值也太低了。“真实的数字简直是天文数字，没有人会相信，”他说。“公布的数字大约是实际可能存在的百分之一。”
婆罗洲的大多数煤火都是由当地农民和种植园主为了开垦土地而焚烧灌木引起的，他们不小心点燃了地表下方的煤层。废弃矿井和废料堆中的火灾有时是由于附近的火灾引起的，但它们也可能通过自燃而点燃：煤中的某些矿物质，如硫化物和黄铁矿，会氧化并在过程中产生足够的热量，从而引发火灾。
考虑到对安全、健康和气候的影响，人们对煤火的关注不足，这令许多人感到困惑和愤怒。“我们的大部分努力都没有资金，或者资金非常有限，”安努普玛·普拉卡什（Anupma Prakash）说，她是阿拉斯加大学的地质学家，对煤火有着终身兴趣。她、斯特拉彻和俄罗斯科学院西伯利亚分院地质与矿物学研究所的埃琳娜·索科尔（Ellina Sokol）是爱思唯尔四卷本《煤与泥炭火灾：全球视角》的共同编辑，其中第一卷将于今年出版。即使是其他科学家也可能觉得这个问题晦涩难懂。“人们问我为什么应该担心煤火，并希望我提供一些数字和确凿的事实，但目前还没有可靠的定量数据，”普拉卡什承认。
美国地质调查局（USGS）的团队希望弥补这一空白，他们部署了地面传感器来统计煤火的地表二氧化碳排放量，然后将测量结果与使用红外摄像机对同一火灾进行的空中调查结果进行比较。通过计算产生红外线检测到的热点所需的燃烧煤量，科学家可以确定这种火灾应该释放的二氧化碳量。如果两种方法得出的测量结果具有可比性，研究人员就知道他们正在接近可靠的数据。
去年，该团队在粉河盆地攀爬了三天，测量了三处火灾29个通风口的气体。仅凭此评估排放量是不完整的，因为煤火还会通过土壤释放气体。因此，美国地质调查局地球化学家马克·恩格尔（Mark Engle）建造了一个“积聚室”，测量了沿119个点网格从地面冒出的气体。他发现，即使在地下深处燃烧的煤炭，地表没有任何视觉证据的地方，仍然有大量的二氧化碳上升。事实上，通过土壤进入大气的二氧化碳几乎与通过通风口进入大气的二氧化碳一样多。“从土壤中扩散出来的气体并不明显，”恩格尔说。“地面不一定热，你也不能相信植被来告诉你正在发生什么。”
当地面工作人员白天工作时，空中工作人员在日出前起飞；寒冷、黑暗的夜晚提供了煤火与周围土地之间最好的对比。最终分析结果显示，地面和空中对二氧化碳的评估在数量级上一致，这足以使该项目被认为是成功的。通过证明遥感不仅可以发现煤火，而且可以准确评估二氧化碳和其他气体的排放量，美国地质调查局团队引入了一种更简单的方法，可以为世界各地煤火产生的温室气体提供可靠的数字。
该团队尚未公布怀俄明州研究的最终数据，但豪尔和奥基夫早期对露丝·穆林斯火灾的研究提供了一些规模感。尽管每次火灾的碳贡献可能看起来不大，但它们的普遍性和持久性却累积起来。“它们排放的可能不如一座燃煤发电厂多，”奥基夫说，“但它们通常燃烧的时间更长，而且会继续燃烧更长时间。”
煤火还会释放出更广泛的有毒污染物。当煤在发电厂燃烧时，操作员会确保火势获得充足的氧气，使其燃烧得足够热，从而产生尽可能多的能量和最少的副产品。废弃矿井中的煤燃烧通常获得的氧气要少得多。结果，煤炭阴燃并释放出各种恶劣的、部分氧化的化合物。在森特拉利亚进行的测试揭示了45种有机和无机化学物质，包括苯、甲苯和二甲苯等毒素。中国一处煤火的气体中已鉴定出56种化合物。
“当气体到达地表时，它们会与沿途的岩石发生反应，化学成分也在不断变化，”斯特拉彻说。“这非常复杂。我们会对样品进行分析，化学家会说其中有40到60种化合物，但我们不知道是什么化学反应产生了这些化合物。”
根据化学、人口和生态等变量的不同，对健康的影响可能非常严重。据奥基夫称，露丝·穆林斯火灾对肯塔基州80号公路区域构成呼吸道健康危害，而该州的劳拉·坎贝尔火灾则威胁着供水。阿拉巴马州的垃圾火灾导致了交通事故。印度贾里亚煤田的火灾导致了哮喘、慢性支气管炎以及肺癌和皮肤癌病例。一项研究表明，美国境内的煤火每年可能排放多达11.5公吨汞，几乎是全国所有燃煤发电厂排放量的四分之一。与发电厂排放物不同，煤火排放物无法受到监管或控制。
许多最严重的煤火发生在偏远地区或贫困地区，那里的社区遭到破坏，公众健康受损，却很少受到关注。即使在森特拉利亚，该镇长期燃烧的煤火可能污染的地下水也从未经过检测。但随着人们日益认识到煤火排放物可能威胁整个地球，科学家和其他人希望投入更多资源来扑灭这些阴险的火灾——这项任务比听起来要困难得多。
灭火需要冷却煤炭并将其与燃烧所需的火焰和氧气隔绝。地表火灾最容易扑灭，消防员会开挖护城河或隔离带以防止火势蔓延，然后用不可燃材料（通常是粘土）将其覆盖。稍深处的火灾有时可以通过挖出燃烧的煤炭（在印度尼西亚，怀特豪斯的工作人员徒手完成）然后掩埋整个区域来扑灭。但深埋地下、由地表裂缝提供氧气的火灾则极难处理。大多数解决方案涉及泵入泥浆或粉煤灰与惰性气体或水的组合，但这种混合物并非总能彻底覆盖燃烧的煤炭，而且干燥后可能会开裂，让氧气再次进入。
斯特拉彻认为，最有前景的方法之一是由得克萨斯州资深消防员马克·卡明斯（Mark Cummins）开发的。早在20世纪80年代，卡明斯就开发了一种改进的消防泡沫生产系统，他在这种材料方面有着悠久的工作经验。2003年，他使用他的氮气泡沫（通过冷凝类似洗衣粉的材料制成）作为覆盖物，将火与燃烧所需的氧气隔绝，以帮助扑灭西弗吉尼亚州尖峰矿井（Pinnacle Mine）的一场火灾。此后，卡明斯开发了一种富含微生物的泡沫。他的计划是，先用他最初的氮气泡沫扑灭火灾，然后将这种第二种泡沫注入矿井，微生物将在矿井中消耗氧气并用二氧化碳取代它。“到那时，即使你在矿井里引爆一颗炸弹，你也无法让它燃烧起来，”他说。
到目前为止，对这种昂贵、鲜为人知的方案兴趣一直不高。但豪尔希望，对这些火灾环境影响的更深入理解能改变这种状况。他指出，露丝·穆林斯火灾正在缓慢地向附近的80号公路蔓延。如果煤层烧穿公路，沥青可能会开裂下沉，吞噬行人和汽车，引发一场地狱般的场景，或许最终能让人们关注脚下正在发生的事情。
