森林如何应对2100年的威胁性高温

实验可能揭示全球森林如何应对全球变暖

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波多黎各,云盖雨林—标有“危险”字样的黄色电缆将480伏电压输送到雨林中。 电缆连接到一个圆形的金属支架,该支架上安装着六个大型空间加热器。

这些指向森林地面的加热器目前没有工作。 在半英里外的控制中心大楼里,林业局的生物学家塔纳·伍德正在检查接线盒。


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“需要重置一些东西,”她说,并拨动了一个开关,触发了棚屋后面传来的机械轰鸣声。

“哎呀!”她用手捂住嘴,偷偷地环顾四周。

40岁的伍德负责这项首创性实验的日常运作,科学家们正在将温度升高7.2华氏度(4摄氏度),以观察这里生长的棕榈树、大叶树幼苗和小植物会发生什么变化。 如果各国以目前的排放率排放二氧化碳,那么到2100年,我们地球的温度可能会达到如此之高。 科学家们想看看热带森林是否会在这个变化的世界中茁壮成长。

热带森林是主要的碳汇。 它们每年吸收人类排放的30%的二氧化碳。 这相当于来自每个发电厂、汽车、火车、轮船和其他来源排放的30%的排放物被吸收并转化为生物质。

一些气候模型显示,这些森林在下个世纪会减少,而另一些模型则显示相反的情况。 明确地了解这一点非常重要,因为如果没有这些高耸的树木,地球升温的速度会比现在快得多。

伍德和她的同事,密歇根理工大学的生态学家莫莉·卡瓦莱里和美国地质调查局的萨莎·里德产生的数据将被用来改进气候模型。

“热带森林与全球气候系统密切相关,”伍德说。“发生在热带地区的事情不会只留在热带地区。”

实验性升温将于2016年3月开始。在此之前,女性们必须应对在男性主导的社会中工作的挑战。她们还必须应对由于早先在波多黎各人认为神圣的地方进行的军事驱动的落叶剂实验而产生的对森林实验挥之不去的不安。

将气候模型引入更致命的现实
云盖山顶的云盖山是林业局管辖下唯一的雨林,它位于波多黎各岛西北边缘的一座山峰。 它构成了大西洋沿岸海滩令人印象深刻的绿色背景,伍德在6月23日圣胡安节的前夕站在那里。 她向后跌入大西洋三次,当地的传说说这将给她带来一年的好运。 并不是说伍德很迷信,但她即将实现七年来的精心努力、撰写拨款申请和游说的成果。 这项耗资250万美元的森林升温实验已接近准备就绪。

“当你开始在这些系统中工作时,你会意识到有一些东西正在威胁它们,”伍德说。“在这里,我看到全球变暖是一个潜在的威胁。”

热带地区可以进入生态学家的血液,有些人选择永远不离开。 伍德于1998年开始在这里工作,当时她花了九个月的时间步行和乘坐全地形车追踪大绿金刚鹦鹉。 这种玉绿色的濒危物种在哥斯达黎加和尼加拉瓜边界的杏仁树洞中筑巢。 伍德和她的同事会用无线电项圈标记这些鸟类,并追踪它们以确保它们在原始的热带湿润森林中的安全,那里是美洲虎和貘的家园。

有时,她会回到筑巢地点,却发现那里曾经是森林的空山顶。 她回忆说,载着比半挂车还大的树木的卡车会驶过。

“森林砍伐的速度令人难以置信,”她说。

在过去五年中,截至2015年,人们已经在全球范围内清除了近600万公顷的热带森林。 伐木和火灾向大气中添加的碳几乎与热带森林吸收的碳一样多。

但是,住在边境村庄的一个小木屋里,伍德知道村民们多么需要现金。

“外面的人很容易说,‘你不应该砍伐这些森林’,但是一棵树可以供你的孩子上大学,”她说,与此同时,云盖林业局野外站传来了青蛙的叫声。

伍德参加了一个研究生学位课程,研究能够让人与森林共存的土地管理实践。 1998年,强烈的厄尔尼诺现象使哥斯达黎加的地面干涸,夜间气温创下历史新高。 一项研究发现,那一年树木生长不旺盛。

“当我开始意识到这些系统有多么敏感时,我开始思考气候变化对热带地区意味着什么?”她说。

气候科学家设计地球的软件模型来模拟其未来,他们直到最近才思考这个问题。 2000年,英国气象局的科学家运行了一个气候模型,该模型允许森林覆盖随着时间的推移根据环境条件而变化。 早期的模型保持了陆地汇的恒定。

全球碳项目执行主任约瑟夫·卡纳德尔回忆说:“结果令人难以置信。” 该模型预测,到2100年,地球将比科学家早先估计的温度高2.7华氏度,这大概是由于森林减少造成的。

橡树岭国家实验室的生态学家理查德·诺比一生都在研究植物对气候变化的反应,他发现了两种相反的影响。 他将森林,主要是在北卡罗来纳州,暴露于二氧化碳羽流中,以模拟未来。 他的实验表明,随着人类每年排放更多的二氧化碳,森林将吸收更多的二氧化碳并变得更大。

但这只会发生到气候变化的负面影响,如变暖和干旱开始发挥作用并开始削弱汇集作用为止。

在拉锯战中,科学家不知道哪种影响会在热带地区胜出。 气候模型尚未解决这个谜团。 像诺比的实验,用于校准气候模型,都是在温带地区进行的,最适合预测温带森林的命运。 热带物种完全不同,并且大多未经研究。

美国宇航局喷气推进实验室的生态学家大卫·希梅尔说:“如果热带地区变暖或变得更加干燥,或者大气中二氧化碳含量甚至更高,那么我们预计这些模型的可靠性会降低。”

美国能源部在2008年优先考虑了这项研究,并委托科学家进行调查。 诺比正在亚马逊地区建立二氧化碳实验,而伍德和她的同事正在波多黎各进行森林升温研究。

努力不创造更多不良历史
2007年,伍德选择留在她挚爱的热带地区,而不是返回家乡德克萨斯州从事学术生涯。 她搬到波多黎各,并会见了美国农业部国际热带林业研究所所长阿里尔·卢戈,他建议她进行一项全球变暖实验。

波多黎各是一个理想的地点,因为它是一些大型且有时具有争议的研究项目的所在地。 20世纪60年代,生态学先驱霍华德·奥杜姆用巨大的塑料布包裹了一片森林,类似于浴帘。 一个巨大的风扇将空气进出围栏,他测量了专用气流中森林的二氧化碳吸收量。 这是诺比二氧化碳实验的早期版本。

奥杜姆还让树木暴露在X射线中,以研究辐射的影响。 几年前,陆军测试了后来在越南战争中使用的落叶剂。 这些实验给波多黎各人如何看待云盖的研究留下了污点,卢戈说。 许多居民认为这座山是一个神圣的地方。

“国家认为他们受到了不公正的待遇,”卢戈说。“所有这些实验,它们总是在小范围内进行的,因为你需要控制事情。但是人们不知道这一点。他们说,‘啊!你辐射了整个森林!或者你使用了落叶剂!’”

卢戈和伍德意识到了这段不良历史,并希望确保新的实验具有科学需求的合理性。 2009年,伍德邀请生态学家参加在圣胡安举行的研讨会。 科学家们集思广益,并决定研究热带物种将如何应对高温。 这一切都有一种紧迫感——气候模型表明,现在百万年发生一次的极端热浪到2100年将在热带地区更频繁地发生。

伍德、卡瓦莱里和里德决定合作,这种合作关系一直很牢固。

她说:“即使有人要生孩子,或者在旅行,或者遇到某种危机,还有另外两个人来保持进展。”

科学家们在2014年获得了美国能源部的资金。 伍德获得了一个500千伏的变电站,带有通向该地块的480伏线路延长线,并聘请了27岁、健谈开朗的奥拉·阿隆索-罗德里格斯担任项目经理。

2014年12月,五名工人将一块200磅重的控制面板搬入森林。 六块面积约为130平方英尺的地块被指定为科学家将监测多年的地点。 在每个地块中,男人们都安装了一个六边形的金属支架,并将六个加热器连接到框架上。 阿隆索-罗德里格斯监督了施工,直到她说,其中一名工人告诉她她可以下地狱。

伍德向建筑公司提出了这个问题,并被告知一个年轻女性不应该参与建筑事务。 这名工人最终被替换。 伍德发现这种态度令人惊讶。 在任何一周内,科学家们都可能会焊接电缆、排除电气连接故障、修理在潮湿环境中发生故障的设备、管理预算和工人、进行数据分析、测量树木和幼苗、采集土壤样本、进行化学分析,以及处理来自相关居民的问题。

科学家们目前正在收集关于试验田的详细记录,为明年三月份开始的加热实验做准备。一个矮胖的方形设备每半小时测量一次植物和土壤释放的二氧化碳(CO2)量。另一台机器追踪光合作用的速率。第三台则追踪地下的水分含量。一个气象站记录风速、降水和其他动态。这些基线读数将使科学家们能够了解明年三月之后森林的变化。

科学家们有资金支持他们的实验进行三年,但伍德表示,“我们希望尽可能长时间地保持实验进行下去,只要我们负担得起电费。”

科学家们会将他们的数据输入到气候模型中,以改进对热带碳汇的表示。该实验将帮助科学家们了解从印尼婆罗洲到利比里亚和亚马逊的热带雨林等热带森林在下一个世纪将如何变化。喷气推进实验室的施梅尔表示,在热带地区进行此类研究至关重要。

他说,“如果没有这些努力,随着气候变化越来越剧烈,模型将开始变得越来越不切实际。”

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