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 帮5买 发表于: 2019-3-13 10:42:00|显示全部楼层|阅读模式

[其他] 植树造林,让地球降温还是升温?

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源自:新浪科技综合
源自:Nature自然科研

  一般认为树木可以放慢全球变暖的脚步,但是越来越多的证据表明,它们并不总是气候变化的救星。
  一提到抵御气候变化,树木常被认为是最好用的“武器”之一。由于各国在控制碳排放方面取得的进展有限,许多政府和倡议人士力推植树计划,希望利用树木吸收大气中的二氧化碳,缓解气候变化。但是最新研究表明,树木可能并不总像人们希望得那样有用。
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马来西亚的樟树在生长过程中会避免树冠重叠,因此从下往上看时,仿佛一幅拼图。
  2015年的《巴黎协定》首次认可各国可以通过植树或保护森林来抵消本国化石燃料碳排放的做法,这大大推动了森林相关计划的发展。中国计划的植树造林面积相当于英国国土面积的四倍。美国加州允许森林所有者向碳排放公司出售额度,美国的其他州也在考虑实施类似的方案,这或将刺激植树造林和保护已有森林的项目落地。欧盟正考虑允许成员国将植树造林纳入其抵御气候变化的计划当中;部分欧盟国家也已经承诺投入几十亿美元用于热带森林项目。
  许多科学家都对增加森林面积表示欢迎,但也有一些科学家提醒采取谨慎态度。他们认为森林对于气候变化的影响非常复杂且具有不确定性,政策制定者、环保人士,甚至一些科学家对此缺乏充足的认识。
  树木的确可以通过光合作用吸收二氧化碳,使地球降温,但是它们也会释放各种混杂的化学物质,其中部分可能会使地球变暖。不仅如此,树木深色的叶子会吸收阳光,使温度上升。过去几年里有若干分析表明,森林的这种变暖效应可能会部分或完全抵消其带来的冷却效应。
  这类顾虑在科学家群体中引发了激烈的争论:不同区域的森林为何具有变暖效应或冷却效应。没有人否认树木对环境有益;毕竟森林可以提供大量好处,而且地球的陆上生物多样性主要存在于森林中。也没有研究人员建议要砍伐现有的森林或削减旨在控制滥砍滥伐的措施。不过,鉴于政府、企业和非营利组织推动实施的缓解气候变化的计划越来越宏大,一些科学家提醒不要把森林当作抵御全球变暖的不二法门,因为我们对于森林的理解还不够透彻。一些研究人员参与大型数据收集项目,利用飞机、卫星和森林中的塔楼提取树木释放的全部化学物质的样本,这些化学物质可能既关乎气候变化,也关乎空气污染
  与此同时,也有一些研究人员害怕发表那些会挑战森林具有降温作用这一观点的研究结果。曾有一位科学家写了一篇评论,反对通过植树来预防气候变化,之后竟收到了死亡威胁。
  随着越来越多的科学家加入这场辩论,问题也一再被放大。关于气候变化的警告声愈加振聋发聩,植树造林需要的投入也不是小数目,因此当务之急便是弄清楚植树对气候的影响。美国国家大气研究中心的地学科学家Gordon Bonan说:“人们想要一个确切的答案;他们希望能确定地说:‘我们应该这样做或那样做’。”他说,关于森林及其降温作用,“有许多错误或夸大其辞的引导。”

吸碳海绵
  如果那些植树计划真能达到其所宣传的效果,那么就能为世界赢得宝贵的时间来逐渐降低对于化石燃料的依赖,取而代之以更加清洁的能源。2017年一项被广泛引用的研究估算,森林和其他生态系统能够帮助将全球二氧化碳排放量减少三分之一──在2030年之前将全球变暖维持在2 ℃以下所需的减排力度。
  虽然这项研究依赖于宏大的假设,比如可用的资助机制和政治意愿,但是作者表示,当世界忙于应对主要的碳排放来源──燃烧化石燃料,森林可能是一个重要的权宜之计。论文作者之一、大自然保护协会(The Nature Conservancy)的森林-碳科学家Peter Ellis说:“这是大自然抛给我们的一根救命绳。”
  植物可以吸收空气中的二氧化碳的理论雏形可追溯至18世纪70年代,当时一位名叫Jean Senebier的瑞士牧师在不同的实验条件下种植植物。他认为植物可以分解空气中的二氧化碳,并吸收碳。后来,光合作用机制的发现证实了这一观点。
  200多年后,Senebier的见解成了利用植物抗击大气中二氧化碳积聚的重要理论支撑。它的原理是树木可以将碳封锁在树干和树根内达几十年,甚至几百年之久。1997年缔结的《京都议定书》允许富裕国家在履行限制温室气体排放的目标时,将森林碳储计算在内。然而在实际操作中,很少有国家这么做,因为该协议规定的核算机制极不实用,另外还有其他因素影响。之后经过谈判订立了一个框架:让富裕国家向地处热带区域的国家支付费用,让后者减少因砍伐森林所造成的碳排放,增加森林的碳储。2015年的《巴黎协定》将此框架正规化,要求各个国家承诺减少温室气体排放;已有50多个国家承诺将增加林木植被或保护已有的森林(参见“树木在哪里?”)。
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资料来源:X。-P。Song et al。Nature 560,639–643(2018)。
  这类方案要求用严格的数据说明有多少碳被封锁在森林中。在过去的几十年里,科学家利用试验田和卫星数据,估算了各国植被吸收和增加的碳量。2011年,在美国农业部林务局的研究人员的领导下,一支国际团队得出结论:全球范围内的森林是一个巨大的碳汇,它们通过光合作用和林木生产所吸收的碳多于其通过呼吸和腐烂所释放的碳。
  但是,那并不意味着所有森林都具有降温作用。几十年来,研究人员一直都知道树叶吸收的阳光要多于其他类型土地覆盖,如田地或裸地。森林会降低地球的表面反射率,也就是说地球反射回太空的入射光会减少,从而引起温度上升。这种效应在高纬度地区、山区或干燥地区尤其明显。在这些地区,针叶树生长较缓慢,树叶较暗,遮挡了原本会反射阳光的颜色较浅的地面或积雪。但是,大部分科学家都赞同热带森林是显而易见的气候“冷却器”:在这里,树木生长相对较快,蒸发掉大量会形成云的水分──从而使气候冷却。
  最新研究将森林影响气候的其他方式也纳入考量范围之内。科学家已经了解到,在树木从生长到死亡的过程中,它们不断地与空气发生互作:交换碳、水分、光以及各种可以与气候产生互作的化学物质。
  曾就职于耶鲁大学的大气化学家Nadine Unger率先开展了首批考察这种交换作用的全球性研究之一:树木释放的挥发性有机化合物(VOC)的影响。这类VOC包括异戊二烯──一种能够通过多种方式使气候变暖的碳氢化合物。比如,它能够与空气中的氮氧化物发生反应,形成臭氧──位于低层大气时,具有强大的气候变暖作用。它也可以延长另一种温室气体──大气甲烷的寿命。不过,异戊二烯也可以产生冷却效应:促进生成气溶胶粒子,阻挡入射光。
  Unger构建了一个地球系统模型,用来估算森林的化学物质排放所产生的效应。结果表明,工业时代的伐林垦地对气候的整体影响可能并不大。砍伐森林将树木中封存的碳释放了出来,但是也增加了地球的表面反射率(促进气候冷却),减少了兼具冷却与升温作用的VOC的排放。
  由此推论,Unger认为重新造林对于气候的影响也存在不确定性。热带和温带地区的树木会释放大量的异戊二烯,但是这一点却没有计入大部分的林业计划中。高纬度的北方森林主要释放萜烯,萜烯可以形成气溶胶,阻挡阳光,促进形成云粒,达到冷却气候的效果;不过,Unger没有尝试量化这种云种散播效应。她承认自己的研究只是第一步,并呼吁加强对森林释放的化学物质及其与大气的互作进行监测。
  论文发表后,她还为《纽约时报》撰写了题为《拯救地球,停止植树》(To Save the Planet,Don’t Plant Trees)的观点文章,她认为森林使气候冷却或变暖的效应存在巨大的不确定性,在这种情况下,把种树当作一种抵御气候变化的策略是有风险的。这篇文章,尤其是标题(非Unger所取)引起了研究人员的强烈抗议,他们斥其不科学,而且可能动摇多年来的研究和倡议成果。30位森林科学家在环境新闻网站Mongabay上做出联合回应:“我们强烈反对Unger教授的核心观点”。
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304米高的佐提诺高塔观测台(Zotino Tall Tower Observatory)能测量西伯利亚中部针叶林上方的气体和气溶胶。亚马逊河流域也有一个类似的高塔专门在热带雨林上方进行测量。
  Unger说她收到过死亡威胁,而且有些同事也不再和她说话。但是,也有部分科学家认同研究森林VOC的影响具有重要意义。后续研究有的支持了Unger 2014年的分析,有的则并不支持。英国利兹大学的大气化学家Dominick Spracklen和Catherine Scott带领的一支团队在模型中纳入了可以散播云种(云会反射阳光)的森林源气溶胶。他们的结论是,森林源VOC的净效应是使全球气候冷却。
  Unger则对Scott和Spracklen的一些假设提出了质疑。Unger目前就职于英国埃克塞特大学,她和Spracklen正在讨论采用一种常规实验设计来解决他们之间的分歧。
  他们和其他一些研究人员都表示,由于缺乏有关森林排放的数据,这类研究备受掣肘。加州大学欧文分校的大气科学家Alex Guenther说“在我看来,我们现在所掌握的信息仍然不够充分”,难以说明森林VOC究竟具有什么效应。
  最新的研究发现使这个问题变得更加复杂。2013年和2014年的大部分时间里,英国兰卡斯特大学的生态学家Sunitha Pangala都待在亚马逊雨林内,她在2300多棵树的树干周围放置了气体测量器。“真正让我们感到惊讶的是这些树木释放甲烷的规模。”Pangala说。2017年,她和英国开放大学的Vincent Gauci及其同事报告称,树木约占亚马逊甲烷总排放量的一半。过去,研究人员假设甲烷直接从土壤中渗透进空气里面(甲烷由土壤中的微生物产生)。而新近研究表明,树木可能是微生物甲烷的另一个产生路径,这或许可以解释为什么在热带湿地上方检测到的甲烷比在土壤中检测到的要多。
  Gauci和其他同事在去年10月首次发表的一项研究为此再添一道证明,他们发现高山林地里的树木会释放甲烷和另一种温室气体──一氧化二氮。
  目前,这些发现的全球性意义仍然不甚明确。Pangala和Gauci的估算均显示,树木吸碳所产生的冷却效应显著超过树木通过释放甲烷和一氧化二氮所产生的增温效应。但是,美国斯基德莫尔学院的环境科学家Kristofer Covey发现温带森林里的非湿地树木也会释放甲烷,他认为在某些地区,这种排放可能会削弱树木对气候的有益效应,且削弱的程度超出研究人员和环保人士已有的认识。“那真的是一个不幸的消息。”他说。
  Unger说,最新涌现出的各种研究结果突显了充分理解森林对于气候变化的影响的必要性。“我们知道热带树木会吸收大气中的二氧化碳,同时我们也必须承认,它们也会向大气中释放甲烷和VOC。”

各就各位
  站在森林一边的科学家认为,虽然相关研究多多益善,但是现有结果已经足以支持利用造林来抵御气候变化的做法,特别是考虑到目前气候变化问题十分紧迫。“我们耗不起了,必须行动起来。”芝加哥环境科学家、《巴黎协定》的顾问兼观察员Jason Funk说。
  现在,研究人员正在利用复杂精密的计算机模型和越来越多、越来越全面的数据,精准判定不同区域的森林对于气候究竟有什么影响。有些结果足以令人警醒。去年10月,阿姆斯特丹自由大学生态学家Sebastiaan Luyssaert的团队建造模型模拟了欧洲不同的森林管理场景。最后得出结论:没有哪一种场景会对全球气候产生显著影响,因为由造林导致的地表颜色变深和云量变化将大致抵消森林的碳储作用。
  为了估计在美国不同地区造林会对气候产生何种影响,美国克拉克大学的生态学家Christopher Williams将十几年的全球卫星数据与美国国家林务局的碳封存数据结合起来。初步研究发现,从气候角度看,增加美国西海岸和密西西比河以东地区的植被覆盖是合理的。但是,在洛矶山脉和美国西南部造林引起的反射率变化,在大部分情况下对气候的影响都是负面的,因为这些区域盛产的针叶树颜色较深,吸收的阳光比下面的土壤或积雪要多。他希望将这项研究转化为一种标准化的方法,让森林管理人员可以用来评估某个项目的气候影响。
  但是,要让规划人员采用这类方法并不容易。Williams发现,有些规划人员拒绝考虑反射率效应,包括希望销售森林项目碳额度的公司代表。“甚至一些科学家也不相信反射率效应的严重程度,甚至不相信反射率效应的存在,”他说。
  “我听到有科学家说,如果我们发现了减少森林面积可以使地球降温的证据,我们就不会发表出来。”
  有一些长期项目会追踪树木释放和吸收的气体与化学物质,它们或将带来更多有关森林对于气候的影响的数据。亚马逊雨林内有一座高325米的观测塔,研究人员正利用它监测巴西玛纳斯东北部规模约100平方公里的原始热带雨林上方的碳、水和其它化学物质通量。西伯利亚也有一座功能一样的观测塔。
  研究团队在全球上百个地点建起了小型研究塔,用以收集不同类型森林的类似样本;比如,挪威的首座研究用观测塔不久便将开始在森林中收集数据。尽管如此,还有许多重要区域未被覆盖。去年NASA启动全球生态系统动态调查激光雷达(Global Ecosystem Dynamics Investigation)和“爱斯塞特2号”卫星(Ice,Cloud,and Land Elevation Satellite-2)应该很快就能提供更加统一的全球森林碳储数据。
  参与讨论森林对气候影响的科学家迫不及待地想要获取这些数据。那些坚信森林项目可以抵御气候变化的科学家也对这些更加全面严谨的研究表示欢迎。比如,Ellis承认他作为共同作者发表的一项研究只是粗略地考虑了反射率效应,研究团队没有考虑树木释放的VOC和甲烷。
  “我们需要实事求是地将其他类似效应纳入考量范围,也要更加谨慎地制定相关策略,”Ellis说,“我们的现有工具是钝的,如果能有更锋利的工具就再好不过了。”
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