南極冰顯示：全球變暖致植物加速生長

魁北克的一個北方森林

● 一項新的研究表明，世界上的植物每年可以吸收額外的280億噸二氧化碳。

幾十年來，科學家一直在試圖弄明白我們向大氣中排放的所有二氧化碳對植物都有什麼影響。而尋求答案的最佳地點便是植物不能生存的地方，冰冷的不毛之地——南極洲。

南極洲的冰在形成的時候包裹著氣泡，它們將此大氣樣本保存了好幾千年。這種混合物中的一種化學物質的含量揭示了植物在歷史上任何時期的全球生長狀況。

加州大學默塞德分校的吉•坎貝爾（J. Elliott Campbell）說：「是整個地球上每種植物的狀況。」

通過分析這些冰，坎貝爾博士和他的同事們發現：在過去的一個世紀里，植物在以比過去54 000年裡的任何時候都要快的速度增長。他們在《自然》雜誌上撰文指出，植物正在以比工業革命之前快31%的速度將二氧化碳轉化為有機物質。

坎貝爾博士說，這一增長是由於人類向大氣中排放的二氧化碳刺激了植物的生長。每年額外增生的植物含碳量達到了驚人的280億噸。從規模上來說，這相當於地球上每年收穫的所有農作物的含碳量的3倍。

未參與此項研究的斯坦福森林環境研究所所長克里斯托弗•費爾德（Christopher B. Field）說，「我們很傾向於認為，全球範圍的光合作用太過廣闊，不太可能受到人類活動過多的影響。但在這裡，事實已經很明確了。這項研究真的是一份精心傑作。」

從工業革命開始，人類便以驚人的速度向大氣中排放二氧化碳。自1850年以來，二氧化碳氣體的濃度增加了40%以上。

由於植物依賴二氧化碳生長，科學家一直想知道額外的二氧化碳氣體是否會促進它們的生長。但這個問題很難得到確切的答案。

植物不僅僅依賴於二氧化碳，它還需要水、氮和其他化合物。即使有了完美的營養平衡，植物也會在不同的溫度下以不同的速度生長。

為了得到一些實際的植物生長測量數據，一些科學家已經建造了圍場，這樣他們就可以確定二氧化碳的確切含量以及植物的生長情況。他們甚至可以通過用二氧化碳淹沒圍場來進行實驗。

在這些圍場中，吸收了更多二氧化碳的樹木和其他植物的確會生長得更快。但是要把這些結果推廣到整個地球是很困難的。科學家發現，植物在世界的不同地區對二氧化碳的反應是不同的。這些實驗在物流後勤上的困難使它們主要被局限於歐洲和美國，而對熱帶地區和遙遠北方地區的大片森林研究很少。

巴西的亞馬遜雨林

最近，科學家已經轉而利用衛星來獲取線索。他們測量了這片土地的綠色程度，從這些數據中，他們估計了樹葉覆蓋的面積。

但這種方法也有其不足之處。例如，在被雲層覆蓋的地方，衛星就沒法看到樹葉了。而葉子的大小僅僅是植物生長的一個粗略導向。如果一株植物的根很大，那麼它的生長就會被隱藏在地下了。

在21世紀頭十年的中期，大氣科學家發現了一個強大的新方法來衡量植物的生長：通過研究一個稀少得難以想象的叫做羰基硫的分子。

羰基硫分子由一個碳原子、一個硫原子和一個氧原子組成，只佔大氣的幾百兆分之一。這大約比二氧化碳的濃度低100萬倍。海洋中腐爛的有機物產生了羰基硫化物，這種氣體隨後會漂浮到大氣中。

植物吸收二氧化碳的同時吸收羥基硫。一旦它們進入植物的組織，就會被破壞。因此，隨著植物的生長，空氣中硫化物的含量會下降。

芝加哥伊利諾伊大學的大氣科學家馬克斯•博克漢莫（Max Berkelhammer）說，「你可以實時看到它。早上太陽升起的時候，植物便開始抽取它們了。」

這一發現促使科學家們去了南極洲。到達南極的空氣混合得很好，因此它的羰基硫化物水平可以很好地反映全球植物的生長情況。

坎貝爾博士說，「目前光合作用的變化速度在54 000年的記錄中是前所未有的。」

當南極洲的冰形成時，它捕獲了空氣中的氣泡，創造了一種可以追溯至數千年前的關於大氣的歷史記錄。去年,坎貝爾博士和他的同事分析了過去54 000年的羰基硫的記錄。

在冰河世紀末期的幾千年裡，二氧化碳氣體的量大幅下降。坎貝爾博士說，這種下降反映了冰川的消融。當新的陸地裸露出來，植物開始生長並破壞羰基硫化物。

而更為困難的是解釋冰中最近的記錄。自工業革命以來，人類的紡織品製造和其他活動增加了更多的羰基硫化物。在過去的一個世紀里，這種羰基硫化物的注入已經提高了冰層中的該氣體的含量。

但坎貝爾博士和他的同事們發現，這種情況並沒有增加多少。儘管我們一直在向大氣中加入排放羰基硫化物，但植物也在抽取它們。事實上，科學家們發現，植物在以驚人的速度抽取它們。

坎貝爾博士說，「目前光合作用的變化速度在54 000年的記錄中是前所未有的。」他說，雖然在冰河時代末期光合作用有所加快，但目前的速度是那時的136倍。

隨著這些更多的二氧化碳被植物吸收，空氣中的二氧化碳含量對全球變暖的影響就更小了。自1880年以來，地球的溫度上升了1.4華氏度，但如果沒有這些綠色植物，它可能會更熱。

未參與這項新研究的博克漢莫博士說，這項研究將成為氣候預測的基準，「這意味著我們可以建立更準確的模型。」

為了徹底檢驗氣候模型，研究人員經常參看歷史記錄，看看它們能在多大程度上與過去相符。現在，他們可以看看這些模型是否能以坎貝爾和他的同事們觀察到的速度增長。

如果二氧化碳排放量繼續上升，未來幾年植物將會怎麼樣，這仍是一個懸而未決的問題。

更多的二氧化碳可能刺激植物更快地生長。但許多氣候模型預測，隨著氣溫升高和降雨模式的改變，植物將受到影響。隨著更多的二氧化碳排放，全球植物的生長可能會下降，植物也將不再有助於減緩全球變暖的影響。

坎貝爾博士說，「我已經提到過這是一個碳泡沫。你知道生態系統將會在未來50年裡吸收更多的碳，但在將來總會在某個節點上打破這個極限。」

本文作者卡爾•齊默（Carl Zimmer）是美國著名科普作家，《紐約時報》專欄作家。

趙北星/編譯 世界科學（World-Science）