在世界各地，生態(tài)系統都在靜靜地呼吸著。
植物吸收二氧化碳進行光合作用。與此同時，在生長和燃燒能量的過程中，它們又將二氧化碳釋放回空氣中，這個過程被稱為呼吸作用。其往往發(fā)生在雨林、草原、苔原和沙漠等任何有植被的地方。
目前，平均而言，全球陸地生態(tài)系統儲存的碳量超過其釋放量。事實上，據科學家們估計，它們至少吸收了人類燃燒化石燃料產生的全部碳排放的三分之一。這使得自然生態(tài)系統成為遏制氣候變化的關鍵資源。
但科學家們擔心，不斷上升的溫度最終可能會破壞碳的攝入與輸出之間的微妙平衡。
逼近臨界點
毋庸置疑，生態(tài)系統作為碳匯的作用程度取決于溫度。這是因為生物需要一個最佳溫度范圍，其間它們可以正�；顒印６谶@之外，事情便開始走向另一個方向。
對植物來說，當溫度足夠高時，光合作用和呼吸作用的速率都開始下降。但是光合作用在比呼吸作用低得多的溫度下就會開始減少——根據植物類型的不同，光合作用的最高溫度通常在64到82華氏度之間。
當這種情況發(fā)生時，即光合作用下降而呼吸作用繼續(xù)增加，生態(tài)系統可能開始釋放出比吸收更多的碳。
1月13日，美國北亞利桑那大學的Katharyn Duffy和同事在《科學進展》上發(fā)表了一項新研究指出，對世界上大部分地區(qū)來說，這個臨界點可能比預期的更近。研究表明，如果溫室氣體繼續(xù)以目前的速度增長，那么全球近一半的陸地生態(tài)系統可能會在短短幾十年內突破溫度閾值。
“很多國家都依賴生物圈來抵消他們的一些排放，”Duffy指出。“而且我認為這項研究表明，這種抵消比我們之前意識到的要脆弱得多，我們也比之前意識到的更接近一個潛在的氣候臨界點。”
陸地生態(tài)系統將成碳源
Duffy和同事為植物構建了一個溫度依賴曲線，這一模型預測了地球上所有陸地植被對溫度變化的反應。
該模型利用FLUXNET的數據建立，后者是一個監(jiān)測生態(tài)系統碳交換的全球氣象傳感器網絡。這些傳感器測量各種大氣變量，包括溫度、濕度和局部的二氧化碳水平。
通過分析來自世界各地的數據，Duffy和她的同事能夠確定不同類型的生態(tài)系統如何響應當地溫度的變化。建立了這種關系后，他們就可以預測隨著氣候持續(xù)變暖，全球生態(tài)系統可能會發(fā)生怎樣的變化。
研究結果表明，這些陸地生態(tài)系統轉化為碳源的臨界點可能在20至30年內到來。
“地球上所有植物吸收了我們排放的大約30%的碳，陸地生態(tài)系統以此提供氣候調節(jié)‘服務’。如果這種情況不再發(fā)生，就會造成一種失控的氣候變化率。”Duffy表示，“正是在這種反饋循環(huán)中，植物吸收的碳減少了，大氣中的碳增加了，氣候變暖了。”
如果不采取任何措施來遏制溫室氣體排放并減緩全球變暖，那么多達45%的地球的自然陸地生態(tài)系統可能會越過臨界點。
即便如此，作者仍警告稱，這并不是唯一的壞消息。
近年來，一些科學家提出了一個理論，即認為隨著時間的推移，植物可能能夠適應全球變暖的環(huán)境——也許能夠在更高的溫度下進行光合作用。不過，這項新研究表明，到目前為止，這種情況還沒有發(fā)生。
該研究還表明，不斷上升的二氧化碳水平也沒有起到多大作用。因為植物利用二氧化碳進行光合作用，因此從理論上講，二氧化碳的增加可以促進植物的生長。但許多專家警告稱，這些好處可能會被氣候變化的其他所有負面影響所抵消。到目前為止，數據似乎支持了這一觀點。
碳匯受到威脅
這項新研究集中在光合作用和呼吸作用之間的關系上。但是，還有很多其他因素可能會導致生態(tài)系統開始釋放碳，比如森林砍伐、野火或干旱之類的重大干擾。
事實上，相關研究也警告道，這些干擾正在威脅全球碳匯。
最近的一項研究發(fā)現，全球草原目前產生的碳和它們吸收的碳一樣多，這主要歸因于土地用途的變化和農業(yè)的擴張。其他研究也發(fā)現，森林砍伐正日益威脅著世界各地熱帶森林中的碳匯。
不過，還是有希望的。
Duffy及其同事在研究中指出，目前，世界上只有10%的自然生態(tài)系統達到了溫度臨界點，而且通常一次只持續(xù)一兩個月。
當然，就像這項新研究警告的那樣，升溫很高的情況并非不可避免。該研究表明，如果世界各國能夠堅持其氣候目標，將全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高控制在2攝氏度以內，那么全球的自然生態(tài)系統將在很大程度上得到保護。
但是，Duffy指出，這項新研究應該作為一個警告，即世界上的自然碳匯并非是不可戰(zhàn)勝的。
“我們需要非常了解生態(tài)系統服務的脆弱性——不僅僅是碳封存，還包括生物圈所提供的一整套服務，”她說。“因為它是地球上有生命、有呼吸的一部分。”■