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一片树叶上看到全球生态变化

发表时间:2019-09-25
一片树叶上看到全球生态变化

  森林在雾霾天长得更快。今年6月,这个和许多人印象相反的结论发表在《气候变化生物学》(Global Change Biology)上。论文第一作者、中国科学院植物研究所的博士生王欣表示,在科学界,这不算令人惊讶。

气溶胶的散射光施肥效应示意图

  雾霾属于大气气溶胶的一种。气溶胶和胶水在质地上没什么相似之处,它更像一团灰雾,是“悬浮在大气中的固态和液态颗粒物的总称”。过去30年里的观测数据显示,气溶胶会影响全球森林的光合作用效率,浓度越高效率越高。

  王欣采集到的数据为这种趋势贡献了野外证据。从2012年到2014年,她几乎每天都待在北京香山脚下一片她亲手种植的杨树林中——这是中国北方最常见的树种之一。雾霾严重时,不远处的香山完全隐身。

  她的观察将帮助人类进一步认识雾霾。在此之前,科学家对雾霾的研究大多集中于对人体健康的影响,对于它在整个生态系统中引发的变化知之甚少。

  森林加快成长,光合作用效率更高,为地球吸收更多的二氧化碳。这种积极作用无法为雾霾开脱。实际上,在王欣的指导老师、中科院植物所研究员刘玲莉看来,环境保护将因此面临更严格的要求。

王欣在野外观测

  一片树叶上看到全球生态变化

  “长远来说,这个结论反而会让世界各国的减碳任务更加艰巨。”刘玲莉对中国青年报?中青在线记者说。

  全世界都在为减少温室气体排放头疼。在《联合国气候变化框架公约的京都议定书》规定的6种温室气体中,二氧化碳是减排任务最重的——各国定下减排配额、中国在建全球最大的碳排放交易市场……在气象大会上的争论之外,森林不语,通过光合作用,将二氧化碳转变为氧气。

  王欣和刘玲莉的研究表明:雾霾越严重,森林越是加快生长拼命工作。这也就意味着,雾霾侵袭减少,光合作用减弱,森林的生长速度必将变慢,为人类承担减碳任务的能力将下降。因此,在制订减碳计划时要将森林的作用考虑进去,随着计划的推进提高减碳的配额,才能保证每个阶段达到所预期的目标。

  水、风、阳光、生物……全球生态是一个整体,牵一发而动全身。这是刘玲莉在至今22年的科研生涯中体会越来越深的“地球哲学”。

  这次有关雾霾的研究始于一封邮件。10年前,刘玲莉在美国北卡罗来纳州立大学读博士时,导师问她:大规模火山爆发后,全球大气中的二氧化碳浓度是升高还是降低?

  “怎么会降低呢?”她想,脑海里是火山口直冲云霄的黑烟和烟雾中浓密的二氧化碳、一氧化碳以及硫氢化合物。

  她错了。上世纪80年代以来,卫星观测帮助科学家积累了大量一手资料。其中,1991年的菲律宾皮纳图博火山爆发的数据最为翔实。数据显示,这场20世纪最大规模的火山爆发平息后,随着喷发物参与全球的大气循环,世界各地都出现了二氧化碳浓度显著下降的观察结果。

  围绕这个现象出现了多项假说,目前被学界所广泛认可的理论围绕大气气溶胶展开。火山爆发产生的大量硫酸盐固体颗粒会形成气溶胶。

  它就像一床毯子挡在阳光和生物之间,降低了辐射的总量,但却并非密不透风,其中包含的无数小颗粒能显著增强光的散射,最终促进生态系统的光合作用。

  如果把光线看作子弹,没有气溶胶笼罩时的直射好比两个牛仔在空旷荒野上对峙,直来直往,目标明晰。气溶胶环境下的散射则好像酒吧里的伏击,子弹在瓶罐桌椅间弹来弹去,谁都有可能中招。

  一颗树上的叶片从不能平均接受阳光。冠层外围的那些能享受阳光的直射,被称为阳生叶,冠层内部的阴生叶则没有这种待遇。气溶胶让光从四面八方而来,反射进树木冠层的下部和内部,让阴生叶也能阳光普照。整个树木冠层的光利用效率都提高了,这被称为气溶胶的散射光施肥效应。

  在美国国家环保局环境评价中心做博士后时,刘玲莉的研究方向就是大气污染对生态环境的影响。气溶胶因为颗粒结构复杂,难以被实验室制造出来,中心的研究也大多处在宏观层面。

  气溶胶的散射光施肥效应已经被证实,但具体到一棵树如何生长、一片叶子如何提高光合作用效率,观测证据仍属于空白。

  刘玲莉的好奇心被激发,她想在更小的维度上寻找证据,也就是说,“在一片树叶上看到全球生态变化”。

  她意识到,正在与霾撕扯的地方应该就是“最理想的试验场”。