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科學家稱全球變暖正在毀滅北極苔原生態(tài)系統(tǒng)

    科學家表示，由苔蘚、地衣和漿果植物構成的北極苔原生態(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)，與全球變暖有關的主要事件，包括永久凍土帶不斷消融引發(fā)的火災以及塌坡，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場苔原火災，這在北極圈以北極為罕見。北坡起火面積之大創(chuàng)下了紀錄，科學家們也因此開始重新思考北極苔原是如何“響應”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致的重大事件而逐漸消失。科學家預測，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。

　　過去半個世紀以來，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期研究的美國佛蒙特大學教授布雷克·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北極地區(qū)消失。這個過程可能需要超過50年甚至100年的更長時間，但朝著北方森林或類似生態(tài)體系（轉變）的趨勢不可避免” 。

　　俄勒岡州立大學的氣候變化科學家多米尼克·巴切萊特（Dominique Bachelet）曾于2004年預測，到2100年，苔原“以及與之相關的植物、動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)在認為，“基本假設仍然成立，但變化機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致的長期累加的復雜變化，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“將地塊清理干凈，讓新的物種自行萌生。”巴切萊特說。

　　一個研究小組對曾在1977年遭遇過火災的一處苔原景觀進行了系統(tǒng)的調查。對比火災前后的植物群落后他們發(fā)現(xiàn)，時隔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，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生態(tài)學家蘭迪·簡特（Randi Jandt）說，“灌木增多是以地衣和苔蘚的喪失作為代價的。隨著柳樹接管（這一區(qū)域），它們還會進一步改造景觀。其中的關鍵在于土壤在升溫，不論火災導致的升溫是逐步的還是劇烈的，都沒有關系。”土壤的溫度不斷增加有利于灌木生長，因為灌木更容易生根，在溫和的條件下長勢也更快，最終將勝過苔蘚和地衣。

　　一位服務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)的火災頻率也將增加。

　　喬利和其他幾位研究人員合作，對2007年火災的嚴重程度、植物群落變化以及火災對永久凍土帶和活動層土壤的影響進行了研究。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當?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。

　　火災增多、凍土帶融化也將加速全球變暖。美國佛羅里達大學的生態(tài)學家米歇爾·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驗室生態(tài)系統(tǒng)中心的艾德里安·羅查（Adrian Rocha）發(fā)現(xiàn)，2007年火災一年后，被嚴重燒毀的苔原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。

　　其他科學家則在研究一個有所不同但卻與之相關的極端北極事件：在遭遇火災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。由美國國家科學基金會北極系統(tǒng)科學項目資助的“熱喀斯特計劃”集合了近20個機構參與，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。這會導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，促進了土壤升溫，而這反過來又更有利于灌木生長。此外，熱喀斯特現(xiàn)象使大量沉積物和營養(yǎng)物移動，會對苔原溪流和湖泊產(chǎn)生“巨大影響”，鮑登說。

　　從火災到更溫和的年平均氣溫，再到降雨量增加，任何能夠導致苔原升溫、永久凍土帶融化的因素都會促生熱喀斯特現(xiàn)象。由于氣候變化模型預測北極將變得溫暖、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重的熱喀斯特現(xiàn)象，他表示：“這是一個泛北極現(xiàn)象，只除了少數(shù)還未變暖的地區(qū)（沒有出現(xiàn)）。”

　　同火災一樣，熱喀斯特現(xiàn)象也產(chǎn)生了一個“正反饋”的循環(huán)效應：溫室氣體的釋放，北極土壤升溫，以及苔原的灌木化都會加劇氣候變暖，這反過來又更易導致熱喀斯特現(xiàn)象，釋放更多溫室氣體。其結果不僅是北極景觀迅速改變，同時也使變暖加速。

　　即便在未受火災和熱喀斯特現(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的格雷格·亨利（Greg Henry）報告說，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，不僅影響到植物群落，而且還會影響景觀、昆蟲種群、野生物和人類社會。除非有意想不到的戲劇性轉折，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。