氣候變化有一種令人不安的趨勢，即透過反饋效應自我放大。海冰融化會暴露深色水域，使海洋吸收更多熱量。北極變暖加速了永久凍土中二氧化碳的釋放。正如研究人員上週在奧地利瑟費爾德舉行的一次會議上討論的那樣，極端氣候——熱浪、乾旱和風暴——會阻礙植物生長，削弱了大氣中二氧化碳上升的主要緩衝作用。
法國吉夫-敘爾-伊薇特氣候與環境科學實驗室的碳迴圈研究員菲利普·西亞斯說：“在氣候變暖的情況下，熱浪和乾旱很可能變得更加頻繁，生態系統會以某種方式做出反應。更多的風暴將為這個問題增加一個額外的維度。”
此次會議由 CARBO-Extreme 專案組織，該專案是由歐盟資助的來自 12 個國家的 27 個小組組成的 330 萬歐元（450 萬美元）的合作專案。與會者展示了一系列工具，用於揭示極端事件如何影響陸地碳迴圈，包括數值模型、二氧化碳通量測量和野外實驗。西亞斯說，現在的挑戰是預測極端氣候的頻率將如何變化，並模擬植物和生態系統複雜的生理反應——其中一些反應人們知之甚少。
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陸地植物在吸收空氣中的二氧化碳以構建葉子、木材和根時，會形成巨大的碳“匯”。碳匯逐年變化，但平均而言，它會吸收化石燃料燃燒產生的年二氧化碳排放量的四分之一。德國耶拿馬克斯·普朗克生物地球化學研究所的碳迴圈科學家、CARBO-Extreme 專案的協調員馬庫斯·賴希施泰因說，乾旱、野火和風暴等事件很可能會“導致碳匯顯著下降”。
氣候異常已經產生了可檢測到的影響。賴希施泰因說，衛星觀測和來自二氧化碳測量塔的資料表明，極端事件使南歐的植物生產力平均降低了 4%，北歐降低了 1%。這使年度碳吸收量減少了 1.5 億噸——相當於歐洲年人為二氧化碳排放量的 15% 以上。最極端的事件可以將森林和草原從碳匯轉變為碳源。僅在 2003 年，歐洲就發生了一次破紀錄的熱浪，釋放的二氧化碳比通常四年內鎖定的二氧化碳還要多。
到目前為止，科學家們尚未發現極端天氣事件有所增加。但他們預計會增加。荷蘭皇家氣象研究所（位於德比爾特）的氣候學家雷恩德特·哈爾斯瑪預測，像 1999 年的洛塔爾這樣的颶風強度風暴將會激增，洛塔爾從比斯開灣向東北方向肆虐，使森林生物量減少了 1600 萬噸。模型研究表明，到本世紀末，類似於洛塔爾和 2009 年在法國造成巨大破壞的另一次風暴將在歐洲變得普遍 25 倍。到本世紀中葉，歐洲發生重大熱浪的可能性預計將增加高達十倍。
缺水使植物更難抵禦病原體和昆蟲。2003 年熱浪過後，毛毛蟲摧毀了法國蒙彼利埃附近的地中海櫟樹林。研究人員認為，這引發了大量的碳排放，但這種反應很難預測。西亞斯說，亞馬遜河流域 2005 年和 2010 年的嚴重乾旱似乎釋放的二氧化碳比預期的要少得多。“在某些生態系統中，小的干擾可能會產生很大的影響，”他補充道。“在另一些生態系統中，即使是嚴重的異常情況似乎也只會造成很小的損害。”
CARBO-Extreme 團隊進行了野外實驗，模擬了從大西洋松樹林到高山草甸等不同氣候和植被型別的乾旱。未公佈的結果表明，在草原中，乾旱顯著減緩了光合作用，而光合作用會將碳儲存在葉子、根和土壤中。它對釋放碳的土壤呼吸作用的影響較小，因此最終結果是碳吸收量下降。
奧地利因斯布魯克大學生態學家邁克爾·班負責一項草原實驗，他說，實驗還表明，植物和土壤保留了對擾動的“記憶”。他模擬了一系列的乾旱，發現後期的乾旱對淨碳排放的影響更大。現有的生物圈模型沒有捕捉到這種影響，班認為這可能是由於土壤微生物的變化造成的。
這種遺漏可能會導致模型出現很大的偏差。世界上的土壤中含有近 100 吉噸的碳——是整個大氣層的兩倍。班說，僅土壤呼吸率增加 10%，一年內釋放的二氧化碳就會比人類排放的還要多。