馬里蘭州埃奇沃特 — 在距離切薩皮克灣僅幾英里的楓樹、山毛櫸和楊樹茂密的森林中，研究人員正在模擬未來的洪水。
他們使用 PVC 管和橡膠軟管的網路，淹沒半個足球場大小的林地，以研究樹木如何應對氣候變化及其影響——主要是海平面上升和暴雨。
這是一個本地實驗，但研究人員表示，他們希望建立一個全球模型，這將有助於科學家瞭解哪些事件會導致樹木最早出現壓力，以及海岸附近的森林何時開始轉變為溼地。
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史密森尼環境研究中心的研究副主任帕特里克·梅戈尼格爾說：“人們意識到我們正處於巨大而快速的變化之中。作為科學家，我們希望提前瞭解這種變化將如何展開。”該中心是該專案的關鍵合作者。
隨著氣溫升高和水溫變暖，世界正在為更嚴重的極端天氣做好準備。“艾達”颶風只是一個預演，展示了海岸線和居住在海岸線附近的人們將如何受到氣候變化的威脅。與此同時，作為抵禦風暴損害的重要緩衝區的溼地正在消失或被迫向內陸退縮——侵佔森林、田野和房屋。
大西洋中部地區就是這些變化的例證。這裡沿海的水位每年上升約 5 毫米，遠高於全球平均水平。
部分問題在於陸地也在下沉，這主要是由於上次冰河時代結束的影響。在那段時間裡，冰川壓在陸地的一側，使切薩皮克灣上方的末端抬高。當它們退卻時，冰川下的陸地反彈，另一端開始下降。
與此同時，從河流流出的淡水減少，無法阻止上游的鹽水侵入。而且，隨著溼地被鹹水淹沒，它們別無選擇，只能向高處退縮，侵佔森林。
自 19 世紀中期以來，切薩皮克灣地區已有 150 多平方英里的森林變成了沼澤地，而且自那時以來，沼澤地退縮的速度幾乎翻了一番，研究表明。
這種轉變通常會留下所謂的“鬼森林”，即被鹽水殺死的樹木漂白和變黑的樹幹。
這些變化在切薩皮克地區是可見的。但是，海平面上升是一個全球性問題，它也發生在人口稠密、資源或資金不足以阻止海水侵入的地方。
地下水抽取量很大的三角洲地區，例如新奧爾良或菲律賓馬尼拉周圍的地區，正在經歷一些最嚴重的海平面上升。但影響也正在新加坡和紐約等經濟引擎以及面臨失去整個生活方式的小島嶼國家感受到。
“人們需要考慮的權衡”
海岸變化或發展的方式將對造成多大損害產生重要影響。
上個月在《自然災害評論》雜誌上發表的一項研究發現，海平面上升加上溼地損失可能會在 2100 年或更晚發生的強風暴期間造成 25 億至 130 億美元的財產損失。
在這樣的風暴期間被淹沒的面積可能比沒有海平面上升和溼地損失的情況下大 2½ 倍。研究結論認為，由於沿海溼地的減少，即使是低強度風暴，預計未來也會比今天的高強度風暴產生更大的影響。
變化的步伐並不樂觀。
在 2020 年 6 月在《科學》雜誌上發表的一項研究發現，紅樹林和類似的沿海生態系統能夠跟上海平面上升的閾值約為每年 7 毫米。
然而，根據政府間氣候變化專門委員會 (IPCC) 最近的一份報告，到本世紀末，這一閾值可能會被超越。其結論之一是，海平面不可避免地在上升，並且——在除最低變暖情景外的所有情況下——它們的上升速度都快於沿海生態系統所能承受的速度。許多沿海地區也正在經歷高於平均水平的全球海平面上升，加速了風險。
羅格斯大學地球、海洋和大氣科學研究所所長兼最新 IPCC 報告的作者羅伯特·科普說，按照大西洋中部目前的上升速度，溼地和其他沿海生態系統可以跟上步伐。“但只有當它們有空間這樣做時，它們才能跟上步伐。”
這意味著它們需要有空間從海洋向內陸移動。這就是為什麼將森林作為緩衝非常重要。科普補充說，用堅硬的基礎設施鎖定事物會阻止自然生態系統適應。“這是人們需要考慮的權衡。”
內陸遷移
回到史密森尼全球變化研究溼地，風暴潮專案正在那裡進行，研究人員正在試圖確定那些沒有接觸過鹽水的樹木如何應對不斷升高的鹽度。他們將尋找樹木在被海水淹沒後迅速衰退的閾值。
梅戈尼格爾說：“我們知道成熟的樹木可以容忍偶爾接觸鹽水，特別是如果鹽被雨水沖走，但我們不知道什麼會觸發樹木衰退，即在風暴潮事件的頻率、季節性時間或嚴重程度方面。” “我們的研究旨在梳理出植物、土壤和微生物的過程和機制，這些變化是如何開始的。”
新的實驗稱為 TEMPEST，這對於衡量未來潮汐湧動的情況來說是一個恰當的名稱。
它源於這裡早期的一些氣候研究，這些研究關於大氣中較高濃度的二氧化碳如何影響植物生命。該地點設定在遍佈著注入 CO2 的小型室的溼地中，已幫助研究人員發現某些植物對升高的 CO2 反應良好，它們將 CO2 光合作用並作為能量消耗（《綠線》，2018 年 7 月 17 日）。
溫室氣體還有助於植物更快地形成土壤，以便它們能夠上升到逐漸逼近的海洋之上。當這裡的溼地大約在 4000 年前開始形成時，切薩皮克灣比今天低約 15 英尺。
但是，海平面上升最終會超過這個溼地所能克服的程度。
為了生存，它正在向內陸遷移。它正在侵佔任何阻礙它的東西，包括那些楓樹、山毛櫸和楊樹。
梅戈尼格爾說：“我們知道森林最終會屈服。” “我們不知道樹木遭受多少次風暴潮才會受損。”
淹沒區域
為了模擬一個以更強降雨為標誌的潮溼未來，研究人員將使用複雜的儲水罐和管道網路，用 80,000 加侖的淡水淹沒一個森林地帶。這大約是今天一年中最潮溼月份的日平均降水量的 40 倍。他們將用 80,000 加侖的鹽水淹沒另一個地點，這些鹽水將從河口中抽取並使用巨大的囊泡泵出。
他們將把這些地點淹沒一次，持續 10 個小時，然後觀察和測量當樹根缺氧時樹木的反應。這意味著測試水在樹幹中向上移動的速度以及樹木的生長速度。他們將採集土壤樣本來測量水分和微生物，並檢視土壤釋放了多少二氧化碳。
隨著水開始殺死樹木，假設它們將停止吸收和處理二氧化碳，並開始釋放二氧化碳，成為碳源而不是碳匯。
他們不僅要測量水的飽和度，還要測量鹽的含量。他們將區分這兩種壓力源，以瞭解它們如何以不同的方式損害樹木。
這都是由太平洋西北國家實驗室領導、美國能源部資助的一項在切薩皮克灣和伊利湖進行觀測的大型專案的一部分。
太平洋西北國家實驗室的博士後研究員兼 TEMPEST 專案負責人安雅·霍普爾說，這樣做的目的是幫助研究人員預測哪些區域將面臨快速變化的風險。然後，他們可以使用這些資料來指導保護工作和政策。霍普爾說，他們甚至可能會看到某些物種具有快速適應和生存的能力。
提前做好準備
切薩皮克灣研究人員的努力具有實際意義。
根據 NOAA 的資料，在美國，近 40% 的人口居住在沿海縣。在像孟加拉國這樣的低窪三角洲地區，海平面上升引起的潮汐洪水已成為人口流離失所的主要驅動因素。
瞭解未來沿海地區將發生什麼，可以幫助規劃人員和地方官員確定要為溼地向內陸遷移預留多少空間，這意味著要限制緊鄰森林的基礎設施開發。
霍普爾說：“我們使用陸地和海岸的方式，我們也正在侵佔這些地區。”
拯救溼地的好處是巨大的。它們保護野生動物棲息地和沿海基礎設施免受風暴侵襲，去除水中的汙染物，並隔離碳。根據最近的一份報告（《氣候線》，7 月 27 日），全球一半以上的碳是由生活在或圍繞世界海岸線的動植物捕獲的。
所謂的“藍碳”——儲存在沿海棲息地土壤中的碳——引起了那些希望透過恢復沼澤和紅樹林來減少排放的國家的興趣。碳信用額度也可能被用來支付沿海溼地保護的費用。
梅戈尼格爾和史密森學會的研究人員正在努力建立沿海報告卡，以幫助政府和保護組織確定哪些沿海生態系統需要保護。他們將利用沿海碳圖集的資料來實現這一目標，這是一個擁有 5400 多個碳剖面的互動式地圖。
儘管在過去的二十年裡，他看到了溼地的變化，但梅戈尼格爾仍然保持樂觀。
他說：“如果你能計劃為沼澤預留緩衝帶以向內陸移動，並且你能為森林向沼澤的有序過渡做好計劃……那麼就有很多樂觀的空間。”“我們只需要把對話的焦點從可能發生的事情轉移到正在發生的事情，以及我們如何走在前面。”
經 POLITICO, LLC 許可，轉載自E&E News。版權所有 2021 年。 E&E News 為能源和環境專業人士提供重要新聞。