森林如何應對2100年的威脅性高溫

實驗可能揭示全球森林如何應對全球變暖

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波多黎各,雲蓋雨林—標有“危險”字樣的黃色電纜將480伏電壓輸送到雨林中。 電纜連線到一個圓形的金屬支架,該支架上安裝著六個大型空間加熱器。

這些指向森林地面的加熱器目前沒有工作。 在半英里外的控制中心大樓裡,林業局的生物學家塔納·伍德正在檢查接線盒。


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“需要重置一些東西,”她說,並撥動了一個開關,觸發了棚屋後面傳來的機械轟鳴聲。

“哎呀!”她用手捂住嘴,偷偷地環顧四周。

40歲的伍德負責這項首創性實驗的日常運作,科學家們正在將溫度升高7.2華氏度(4攝氏度),以觀察這裡生長的棕櫚樹、大葉樹幼苗和小植物會發生什麼變化。 如果各國以目前的排放率排放二氧化碳,那麼到2100年,我們地球的溫度可能會達到如此之高。 科學家們想看看熱帶森林是否會在這個變化的世界中茁壯成長。

熱帶森林是主要的碳匯。 它們每年吸收人類排放的30%的二氧化碳。 這相當於來自每個發電廠、汽車、火車、輪船和其他來源排放的30%的排放物被吸收並轉化為生物質。

一些氣候模型顯示,這些森林在下個世紀會減少,而另一些模型則顯示相反的情況。 明確地瞭解這一點非常重要,因為如果沒有這些高聳的樹木,地球升溫的速度會比現在快得多。

伍德和她的同事,密歇根理工大學的生態學家莫莉·卡瓦萊裡和美國地質調查局的薩莎·裡德產生的資料將被用來改進氣候模型。

“熱帶森林與全球氣候系統密切相關,”伍德說。“發生在熱帶地區的事情不會只留在熱帶地區。”

實驗性升溫將於2016年3月開始。在此之前,女性們必須應對在男性主導的社會中工作的挑戰。她們還必須應對由於早先在波多黎各人認為神聖的地方進行的軍事驅動的落葉劑實驗而產生的對森林實驗揮之不去的不安。

將氣候模型引入更致命的現實
雲蓋山頂的雲蓋山是林業局管轄下唯一的雨林,它位於波多黎各島西北邊緣的一座山峰。 它構成了大西洋沿岸海灘令人印象深刻的綠色背景,伍德在6月23日聖胡安節的前夕站在那裡。 她向後跌入大西洋三次,當地的傳說說這將給她帶來一年的好運。 並不是說伍德很迷信,但她即將實現七年來的精心努力、撰寫撥款申請和遊說的成果。 這項耗資250萬美元的森林升溫實驗已接近準備就緒。

“當你開始在這些系統中工作時,你會意識到有一些東西正在威脅它們,”伍德說。“在這裡,我看到全球變暖是一個潛在的威脅。”

熱帶地區可以進入生態學家的血液,有些人選擇永遠不離開。 伍德於1998年開始在這裡工作,當時她花了九個月的時間步行和乘坐全地形車追蹤大綠金剛鸚鵡。 這種玉綠色的瀕危物種在哥斯大黎加和尼加拉瓜邊界的杏仁樹洞中築巢。 伍德和她的同事會用無線電項圈標記這些鳥類,並追蹤它們以確保它們在原始的熱帶溼潤森林中的安全,那裡是美洲虎和貘的家園。

有時,她會回到築巢地點,卻發現那裡曾經是森林的空山頂。 她回憶說,載著比半掛車還大的樹木的卡車會駛過。

“森林砍伐的速度令人難以置信,”她說。

在過去五年中,截至2015年,人們已經在全球範圍內清除了近600萬公頃的熱帶森林。 伐木和火災向大氣中新增的碳幾乎與熱帶森林吸收的碳一樣多。

但是,住在邊境村莊的一個小木屋裡,伍德知道村民們多麼需要現金。

“外面的人很容易說,‘你不應該砍伐這些森林’,但是一棵樹可以供你的孩子上大學,”她說,與此同時,雲蓋林業局野外站傳來了青蛙的叫聲。

伍德參加了一個研究生學位課程,研究能夠讓人與森林共存的土地管理實踐。 1998年,強烈的厄爾尼諾現象使哥斯大黎加的地面乾涸,夜間氣溫創下歷史新高。 一項研究發現,那一年樹木生長不旺盛。

“當我開始意識到這些系統有多麼敏感時,我開始思考氣候變化對熱帶地區意味著什麼?”她說。

氣候科學家設計地球的軟體模型來模擬其未來,他們直到最近才思考這個問題。 2000年,英國氣象局的科學家運行了一個氣候模型,該模型允許森林覆蓋隨著時間的推移根據環境條件而變化。 早期的模型保持了陸地匯的恆定。

全球碳專案執行主任約瑟夫·卡納德爾回憶說:“結果令人難以置信。” 該模型預測,到2100年,地球將比科學家早先估計的溫度高2.7華氏度,這大概是由於森林減少造成的。

橡樹嶺國家實驗室的生態學家理查德·諾比一生都在研究植物對氣候變化的反應,他發現了兩種相反的影響。 他將森林,主要是在北卡羅來納州,暴露於二氧化碳羽流中,以模擬未來。 他的實驗表明,隨著人類每年排放更多的二氧化碳,森林將吸收更多的二氧化碳並變得更大。

但這隻會發生到氣候變化的負面影響,如變暖和乾旱開始發揮作用並開始削弱彙集作用為止。

在拉鋸戰中,科學家不知道哪種影響會在熱帶地區勝出。 氣候模型尚未解決這個謎團。 像諾比的實驗,用於校準氣候模型,都是在溫帶地區進行的,最適合預測溫帶森林的命運。 熱帶物種完全不同,並且大多未經研究。

美國宇航局噴氣推進實驗室的生態學家大衛·希梅爾說:“如果熱帶地區變暖或變得更加乾燥,或者大氣中二氧化碳含量甚至更高,那麼我們預計這些模型的可靠性會降低。”

美國能源部在2008年優先考慮了這項研究,並委託科學家進行調查。 諾比正在亞馬遜地區建立二氧化碳實驗,而伍德和她的同事正在波多黎各進行森林升溫研究。

努力不創造更多不良歷史
2007年,伍德選擇留在她摯愛的熱帶地區,而不是返回家鄉德克薩斯州從事學術生涯。 她搬到波多黎各,並會見了美國農業部國際熱帶林業研究所所長阿里爾·盧戈,他建議她進行一項全球變暖實驗。

波多黎各是一個理想的地點,因為它是一些大型且有時具有爭議的研究專案的所在地。 20世紀60年代,生態學先驅霍華德·奧杜姆用巨大的塑膠布包裹了一片森林,類似於浴簾。 一個巨大的風扇將空氣進出圍欄,他測量了專用氣流中森林的二氧化碳吸收量。 這是諾比二氧化碳實驗的早期版本。

奧杜姆還讓樹木暴露在X射線中,以研究輻射的影響。 幾年前,陸軍測試了後來在越南戰爭中使用的落葉劑。 這些實驗給波多黎各人如何看待雲蓋的研究留下了汙點,盧戈說。 許多居民認為這座山是一個神聖的地方。

“國家認為他們受到了不公正的待遇,”盧戈說。“所有這些實驗,它們總是在小範圍內進行的,因為你需要控制事情。但是人們不知道這一點。他們說,‘啊!你輻射了整個森林!或者你使用了落葉劑!’”

盧戈和伍德意識到了這段不良歷史,並希望確保新的實驗具有科學需求的合理性。 2009年,伍德邀請生態學家參加在聖胡安舉行的研討會。 科學家們集思廣益,並決定研究熱帶物種將如何應對高溫。 這一切都有一種緊迫感——氣候模型表明,現在百萬年發生一次的極端熱浪到2100年將在熱帶地區更頻繁地發生。

伍德、卡瓦萊裡和裡德決定合作,這種合作關係一直很牢固。

她說:“即使有人要生孩子,或者在旅行,或者遇到某種危機,還有另外兩個人來保持進展。”

科學家們在2014年獲得了美國能源部的資金。 伍德獲得了一個500千伏的變電站,帶有通向該地塊的480伏線路延長線,並聘請了27歲、健談開朗的奧拉·阿隆索-羅德里格斯擔任專案經理。

2014年12月,五名工人將一塊200磅重的控制面板搬入森林。 六塊面積約為130平方英尺的地塊被指定為科學家將監測多年的地點。 在每個地塊中,男人們都安裝了一個六邊形的金屬支架,並將六個加熱器連線到框架上。 阿隆索-羅德里格斯監督了施工,直到她說,其中一名工人告訴她她可以下地獄。

伍德向建築公司提出了這個問題,並被告知一個年輕女性不應該參與建築事務。 這名工人最終被替換。 伍德發現這種態度令人驚訝。 在任何一週內,科學家們都可能會焊接電纜、排除電氣連線故障、修理在潮溼環境中發生故障的裝置、管理預算和工人、進行資料分析、測量樹木和幼苗、採集土壤樣本、進行化學分析,以及處理來自相關居民的問題。

科學家們目前正在收集關於試驗田的詳細記錄,為明年三月份開始的加熱實驗做準備。一個矮胖的方形裝置每半小時測量一次植物和土壤釋放的二氧化碳(CO2)量。另一臺機器追蹤光合作用的速率。第三臺則追蹤地下的水分含量。一個氣象站記錄風速、降水和其他動態。這些基線讀數將使科學家們能夠了解明年三月之後森林的變化。

科學家們有資金支援他們的實驗進行三年,但伍德表示,“我們希望儘可能長時間地保持實驗進行下去,只要我們負擔得起電費。”

科學家們會將他們的資料輸入到氣候模型中,以改進對熱帶碳匯的表示。該實驗將幫助科學家們瞭解從印尼婆羅洲到賴比瑞亞和亞馬遜的熱帶雨林等熱帶森林在下一個世紀將如何變化。噴氣推進實驗室的施梅爾表示,在熱帶地區進行此類研究至關重要。

他說,“如果沒有這些努力,隨著氣候變化越來越劇烈,模型將開始變得越來越不切實際。”

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