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科學(xué)家稱全球變暖正在毀滅北極苔原生態(tài)系統(tǒng)

    科學(xué)家表示，由苔蘚、地衣和漿果植物構(gòu)成的北極苔原生態(tài)系統(tǒng)正在逐步讓位于灌木從和北方森林。最近的研究發(fā)現(xiàn)，與全球變暖有關(guān)的主要事件，包括永久凍土帶不斷消融引發(fā)的火災(zāi)以及塌坡，正是北極苔原消失的“幕后推手”。

　　2007年夏季，雷電天氣在阿拉斯加北坡引發(fā)了5場(chǎng)苔原火災(zāi)，這在北極圈以北極為罕見。北坡起火面積之大創(chuàng)下了紀(jì)錄，科學(xué)家們也因此開始重新思考北極苔原是如何“響應(yīng)”全球變暖并幫助改變地球氣候的。

　　研究人員多年前就已經(jīng)知道氣溫上升正在逐漸改變北極的景觀。現(xiàn)在，越來越多的證據(jù)表明，北極苔原正因全球變暖導(dǎo)致的重大事件而逐漸消失。科學(xué)家預(yù)測(cè)，這種寒冷、干燥、沒有樹木的生態(tài)系統(tǒng)最終將被灌木甚至北方森林所取代。

　　過去半個(gè)世紀(jì)以來，北極大部分地區(qū)的溫度上升了3到5華氏度；到2100年，氣溫可能飆升至高出工業(yè)革命前10華氏度的水平。參與阿拉斯加苔原長(zhǎng)期研究的美國佛蒙特大學(xué)教授布雷克·鮑登（Breck Bowden）說，這樣迅速的升溫意味著“如今的苔原將大量地在整個(gè)北極地區(qū)消失。這個(gè)過程可能需要超過50年甚至100年的更長(zhǎng)時(shí)間，但朝著北方森林或類似生態(tài)體系（轉(zhuǎn)變）的趨勢(shì)不可避免” 。

　　俄勒岡州立大學(xué)的氣候變化科學(xué)家多米尼克·巴切萊特（Dominique Bachelet）曾于2004年預(yù)測(cè)，到2100年，苔原“以及與之相關(guān)的植物、動(dòng)物甚至基于苔原的人類生態(tài)系統(tǒng)都將大量從阿拉斯加的景觀中消失”。但她現(xiàn)在認(rèn)為，“基本假設(shè)仍然成立，但變化機(jī)制可能與我們想象的有所不同” ，這并非是因氣溫逐步變暖而導(dǎo)致的長(zhǎng)期累加的復(fù)雜變化，相反的，“極端氣候事件將成為觸發(fā)變化的重要因素”。永久凍土帶融化引起的熊熊大火或者山坡塌陷可能會(huì)“將地塊清理干凈，讓新的物種自行萌生。”巴切萊特說。

　　一個(gè)研究小組對(duì)曾在1977年遭遇過火災(zāi)的一處苔原景觀進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查。對(duì)比火災(zāi)前后的植物群落后他們發(fā)現(xiàn)，時(shí)隔33年之后，在這片原本擁有大量苔蘚（占20%）和灌木狀地衣（7%）的地方，這些物種幾乎已經(jīng)蹤跡全無；與此同時(shí)，灌木柳覆蓋面積卻從5%增加到了40%。

　　“很明顯，景觀已經(jīng)改變了很多，并且還在繼續(xù)改變。”美國內(nèi)政部土地管理局的火災(zāi)生態(tài)學(xué)家蘭迪·簡(jiǎn)特（Randi Jandt）說，“灌木增多是以地衣和苔蘚的喪失作為代價(jià)的。隨著柳樹接管（這一區(qū)域），它們還會(huì)進(jìn)一步改造景觀。其中的關(guān)鍵在于土壤在升溫，不論火災(zāi)導(dǎo)致的升溫是逐步的還是劇烈的，都沒有關(guān)系。”土壤的溫度不斷增加有利于灌木生長(zhǎng)，因?yàn)楣嗄靖�容易生根，在溫和的條件下長(zhǎng)勢(shì)也更快，最終將勝過苔蘚和地衣。

　　一位服務(wù)于國家公園的研究人員凱爾·喬利（Kyle Joly）發(fā)現(xiàn)，從1950年到2007年間，阿拉斯加大約有9%的低緯度苔原遭受了火災(zāi)肆虐，而緯度較高的北坡同期的過火面積只有7%。不過，隨著北極暖化加速，極北地區(qū)的火災(zāi)頻率也將增加。

　　喬利和其他幾位研究人員合作，對(duì)2007年火災(zāi)的嚴(yán)重程度、植物群落變化以及火災(zāi)對(duì)永久凍土帶和活動(dòng)層土壤的影響進(jìn)行了研究。該小組發(fā)現(xiàn)，過火的地面已經(jīng)幾乎沒有苔蘚植被；柳樹卻已重新萌芽，到2009年有些樹已經(jīng)高出1英尺；出現(xiàn)過苔原塌坡的現(xiàn)象。

　　苔原地帶的變遷將對(duì)當(dāng)?shù)胤毖苌�息的生物產(chǎn)生深刻影響。灰熊、狼、狐貍和很多水禽以及遷徙鳴禽，特別是嚴(yán)重依賴地衣為食的馴鹿受到的影響最大。2003年，阿拉斯加最大的馴鹿種群數(shù)量達(dá)到頂峰，接近50萬頭，此后該種群數(shù)量大幅下降，2007年大約只剩37.7萬頭。這給一些阿拉斯加本土居民敲響了警鐘，他們的生存和生活方式在很大程度上依賴于馴鹿。

　　火災(zāi)增多、凍土帶融化也將加速全球變暖。美國佛羅里達(dá)大學(xué)的生態(tài)學(xué)家米歇爾·麥克（Michelle Mack）指出：“全球永久凍土帶中封存的碳是大氣中碳含量的兩倍。因此，當(dāng)它們?nèi)诨�，這些土壤將極大地增加空氣中的二氧化碳。”

　　美國伍茲霍爾海洋生物實(shí)驗(yàn)室生態(tài)系統(tǒng)中心的艾德里安·羅查（Adrian Rocha）發(fā)現(xiàn)，2007年火災(zāi)一年后，被嚴(yán)重?zé)龤У奶υ�向大氣中釋放的碳幾乎是未焚燒苔原吸收的碳量的兩倍。而兩年后，仍然有碳繼續(xù)從過火的苔原中逸出。

　　其他科學(xué)家則在研究一個(gè)有所不同但卻與之相關(guān)的極端北極事件：在遭遇火災(zāi)的苔原和北坡的其他地方出現(xiàn)了熱喀斯特（熱融沉陷）現(xiàn)象，熱喀斯特是由于永久凍土帶融化形成的崎嶇地貌。由美國國家科學(xué)基金會(huì)北極系統(tǒng)科學(xué)項(xiàng)目資助的“熱喀斯特計(jì)劃”集合了近20個(gè)機(jī)構(gòu)參與，其最近的研究發(fā)現(xiàn)了許多熱喀斯特特征，這超出了任何人的預(yù)期。

　　在平坦的地面，熱喀斯特可能只表現(xiàn)為土坷和洼地，但在有坡度的地方，卻可以讓數(shù)噸重的土壤下陷。這會(huì)導(dǎo)致大量二氧化碳和甲烷從裸露在外并且逐漸解凍的土壤中釋放出來，進(jìn)而加劇大氣變暖。熱喀斯特地貌為新的植物和灌木提供了特定生存環(huán)境，增加了苔原的綠植，促進(jìn)了土壤升溫，而這反過來又更有利于灌木生長(zhǎng)。此外，熱喀斯特現(xiàn)象使大量沉積物和營養(yǎng)物移動(dòng)，會(huì)對(duì)苔原溪流和湖泊產(chǎn)生“巨大影響”，鮑登說。

　　從火災(zāi)到更溫和的年平均氣溫，再到降雨量增加，任何能夠?qū)е绿υ�升溫、永久凍土帶融化的因素都�?huì)促生熱喀斯特現(xiàn)象。由于氣候變化模型預(yù)測(cè)北極將變得溫暖、多雨，并且夏季雷暴和閃電天氣增多，熱喀斯特現(xiàn)象出現(xiàn)的規(guī)模有可能是前所未有的。

　　鮑登說，已經(jīng)有報(bào)告稱，西伯利亞和加拿大已經(jīng)出現(xiàn)了與阿拉斯加類似甚至更嚴(yán)重的熱喀斯特現(xiàn)象，他表示：“這是一個(gè)泛北極現(xiàn)象，只除了少數(shù)還未變暖的地區(qū)（沒有出現(xiàn)）。”

　　同火災(zāi)一樣，熱喀斯特現(xiàn)象也產(chǎn)生了一個(gè)“正反饋”的循環(huán)效應(yīng)：溫室氣體的釋放，北極土壤升溫，以及苔原的灌木化都會(huì)加劇氣候變暖，這反過來又更易導(dǎo)致熱喀斯特現(xiàn)象，釋放更多溫室氣體。其結(jié)果不僅是北極景觀迅速改變，同時(shí)也使變暖加速。

　　即便在未受火災(zāi)和熱喀斯特現(xiàn)象影響的地區(qū)，有證據(jù)表明苔原本身也正在變暖。加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的格雷格·亨利（Greg Henry）報(bào)告說，在他所研究的努納武特地區(qū)，自1970年以來，苔原的溫度平均每10年升高1攝氏度。他認(rèn)為原因主要是苔原變得雜草叢生了。

　　正如研究人員所指出的，苔原生態(tài)的變遷將產(chǎn)生巨大的連鎖效應(yīng)，不僅影響到植物群落，而且還會(huì)影響景觀、昆蟲種群、野生物和人類社會(huì)。除非有意想不到的戲劇性轉(zhuǎn)折，北極地區(qū)可能將出現(xiàn)為期數(shù)百年甚至數(shù)千年的劇變。