在世界各地，生態(tài)系統(tǒng)都在靜靜地呼吸著。
植物吸收二氧化碳進(jìn)行光合作用。與此同時(shí)，在生長(zhǎng)和燃燒能量的過(guò)程中，它們又將二氧化碳釋放回空氣中，這個(gè)過(guò)程被稱為呼吸作用。其往往發(fā)生在雨林、草原、苔原和沙漠等任何有植被的地方。
目前，平均而言，全球陸地生態(tài)系統(tǒng)儲(chǔ)存的碳量超過(guò)其釋放量。事實(shí)上，據(jù)科學(xué)家們估計(jì)，它們至少吸收了人類燃燒化石燃料產(chǎn)生的全部碳排放的三分之一。這使得自然生態(tài)系統(tǒng)成為遏制氣候變化的關(guān)鍵資源。
但科學(xué)家們擔(dān)心，不斷上升的溫度最終可能會(huì)破壞碳的攝入與輸出之間的微妙平衡。
逼近臨界點(diǎn)
毋庸置疑，生態(tài)系統(tǒng)作為碳匯的作用程度取決于溫度。這是因?yàn)樯镄枰粋�(gè)最佳溫度范圍，其間它們可以正常活動(dòng)。而在這之外，事情便開始走向另一個(gè)方向。
對(duì)植物來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度足夠高時(shí)，光合作用和呼吸作用的速率都開始下降。但是光合作用在比呼吸作用低得多的溫度下就會(huì)開始減少——根據(jù)植物類型的不同，光合作用的最高溫度通常在64到82華氏度之間。
當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，即光合作用下降而呼吸作用繼續(xù)增加，生態(tài)系統(tǒng)可能開始釋放出比吸收更多的碳。
1月13日，美國(guó)北亞利桑那大學(xué)的Katharyn Duffy和同事在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表了一項(xiàng)新研究指出，對(duì)世界上大部分地區(qū)來(lái)說(shuō)，這個(gè)臨界點(diǎn)可能比預(yù)期的更近。研究表明，如果溫室氣體繼續(xù)以目前的速度增長(zhǎng)，那么全球近一半的陸地生態(tài)系統(tǒng)可能會(huì)在短短幾十年內(nèi)突破溫度閾值。
“很多國(guó)家都依賴生物圈來(lái)抵消他們的一些排放，”Duffy指出。“而且我認(rèn)為這項(xiàng)研究表明，這種抵消比我們之前意識(shí)到的要脆弱得多，我們也比之前意識(shí)到的更接近一個(gè)潛在的氣候臨界點(diǎn)。”
陸地生態(tài)系統(tǒng)將成碳源
Duffy和同事為植物構(gòu)建了一個(gè)溫度依賴曲線，這一模型預(yù)測(cè)了地球上所有陸地植被對(duì)溫度變化的反應(yīng)。
該模型利用FLUXNET的數(shù)據(jù)建立，后者是一個(gè)監(jiān)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)碳交換的全球氣象傳感器網(wǎng)絡(luò)。這些傳感器測(cè)量各種大氣變量，包括溫度、濕度和局部的二氧化碳水平。
通過(guò)分析來(lái)自世界各地的數(shù)據(jù)，Duffy和她的同事能夠確定不同類型的生態(tài)系統(tǒng)如何響應(yīng)當(dāng)?shù)販囟鹊淖兓�。建立了這種關(guān)系后，他們就可以預(yù)測(cè)隨著氣候持續(xù)變暖，全球生態(tài)系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生怎樣的變化。
研究結(jié)果表明，這些陸地生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為碳源的臨界點(diǎn)可能在20至30年內(nèi)到來(lái)。
“地球上所有植物吸收了我們排放的大約30%的碳，陸地生態(tài)系統(tǒng)以此提供氣候調(diào)節(jié)‘服務(wù)’。如果這種情況不再發(fā)生，就會(huì)造成一種失控的氣候變化率。”Duffy表示，“正是在這種反饋循環(huán)中，植物吸收的碳減少了，大氣中的碳增加了，氣候變暖了。”
如果不采取任何措施來(lái)遏制溫室氣體排放并減緩全球變暖，那么多達(dá)45%的地球的自然陸地生態(tài)系統(tǒng)可能會(huì)越過(guò)臨界點(diǎn)。
即便如此，作者仍警告稱，這并不是唯一的壞消息。
近年來(lái)，一些科學(xué)家提出了一個(gè)理論，即認(rèn)為隨著時(shí)間的推移，植物可能能夠適應(yīng)全球變暖的環(huán)境——也許能夠在更高的溫度下進(jìn)行光合作用。不過(guò)，這項(xiàng)新研究表明，到目前為止，這種情況還沒(méi)有發(fā)生。
該研究還表明，不斷上升的二氧化碳水平也沒(méi)有起到多大作用。因?yàn)橹参锢枚趸歼M(jìn)行光合作用，因此從理論上講，二氧化碳的增加可以促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。但許多專家警告稱，這些好處可能會(huì)被氣候變化的其他所有負(fù)面影響所抵消。到目前為止，數(shù)據(jù)似乎支持了這一觀點(diǎn)。
碳匯受到威脅
這項(xiàng)新研究集中在光合作用和呼吸作用之間的關(guān)系上。但是，還有很多其他因素可能會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)開始釋放碳，比如森林砍伐、野火或干旱之類的重大干擾。
事實(shí)上，相關(guān)研究也警告道，這些干擾正在威脅全球碳匯。
最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，全球草原目前產(chǎn)生的碳和它們吸收的碳一樣多，這主要?dú)w因于土地用途的變化和農(nóng)業(yè)的擴(kuò)張。其他研究也發(fā)現(xiàn)，森林砍伐正日益威脅著世界各地?zé)釒种械奶紖R。
不過(guò)，還是有希望的。
Duffy及其同事在研究中指出，目前，世界上只有10%的自然生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到了溫度臨界點(diǎn)，而且通常一次只持續(xù)一兩個(gè)月。
當(dāng)然，就像這項(xiàng)新研究警告的那樣，升溫很高的情況并非不可避免。該研究表明，如果世界各國(guó)能夠堅(jiān)持其氣候目標(biāo)，將全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高控制在2攝氏度以內(nèi)，那么全球的自然生態(tài)系統(tǒng)將在很大程度上得到保護(hù)。
但是，Duffy指出，這項(xiàng)新研究應(yīng)該作為一個(gè)警告，即世界上的自然碳匯并非是不可戰(zhàn)勝的。
“我們需要非常了解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的脆弱性——不僅僅是碳封存，還包括生物圈所提供的一整套服務(wù)，”她說(shuō)。“因?yàn)樗堑厍蛏嫌猩�、有呼吸的一部分�?rdquo;■