马里兰州埃奇沃特 — 在距离切萨皮克湾仅几英里的枫树、山毛榉和杨树茂密的森林中，研究人员正在模拟未来的洪水。
他们使用 PVC 管和橡胶软管的网络，淹没半个足球场大小的林地，以研究树木如何应对气候变化及其影响——主要是海平面上升和暴雨。
这是一个本地实验，但研究人员表示，他们希望建立一个全球模型，这将有助于科学家了解哪些事件会导致树木最早出现压力，以及海岸附近的森林何时开始转变为湿地。
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史密森尼环境研究中心的研究副主任帕特里克·梅戈尼格尔说：“人们意识到我们正处于巨大而快速的变化之中。作为科学家，我们希望提前了解这种变化将如何展开。”该中心是该项目的关键合作者。
随着气温升高和水温变暖，世界正在为更严重的极端天气做好准备。“艾达”飓风只是一个预演，展示了海岸线和居住在海岸线附近的人们将如何受到气候变化的威胁。与此同时，作为抵御风暴损害的重要缓冲区的湿地正在消失或被迫向内陆退缩——侵占森林、田野和房屋。
大西洋中部地区就是这些变化的例证。这里沿海的水位每年上升约 5 毫米，远高于全球平均水平。
部分问题在于陆地也在下沉，这主要是由于上次冰河时代结束的影响。在那段时间里，冰川压在陆地的一侧，使切萨皮克湾上方的末端抬高。当它们退却时，冰川下的陆地反弹，另一端开始下降。
与此同时，从河流流出的淡水减少，无法阻止上游的盐水侵入。而且，随着湿地被咸水淹没，它们别无选择，只能向高处退缩，侵占森林。
自 19 世纪中期以来，切萨皮克湾地区已有 150 多平方英里的森林变成了沼泽地，而且自那时以来，沼泽地退缩的速度几乎翻了一番，研究表明。
这种转变通常会留下所谓的“鬼森林”，即被盐水杀死的树木漂白和变黑的树干。
这些变化在切萨皮克地区是可见的。但是，海平面上升是一个全球性问题，它也发生在人口稠密、资源或资金不足以阻止海水侵入的地方。
地下水抽取量很大的三角洲地区，例如新奥尔良或菲律宾马尼拉周围的地区，正在经历一些最严重的海平面上升。但影响也正在新加坡和纽约等经济引擎以及面临失去整个生活方式的小岛屿国家感受到。
“人们需要考虑的权衡”
海岸变化或发展的方式将对造成多大损害产生重要影响。
上个月在《自然灾害评论》杂志上发表的一项研究发现，海平面上升加上湿地损失可能会在 2100 年或更晚发生的强风暴期间造成 25 亿至 130 亿美元的财产损失。
在这样的风暴期间被淹没的面积可能比没有海平面上升和湿地损失的情况下大 2½ 倍。研究结论认为，由于沿海湿地的减少，即使是低强度风暴，预计未来也会比今天的高强度风暴产生更大的影响。
变化的步伐并不乐观。
在 2020 年 6 月在《科学》杂志上发表的一项研究发现，红树林和类似的沿海生态系统能够跟上海平面上升的阈值约为每年 7 毫米。
然而，根据政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 最近的一份报告，到本世纪末，这一阈值可能会被超越。其结论之一是，海平面不可避免地在上升，并且——在除最低变暖情景外的所有情况下——它们的上升速度都快于沿海生态系统所能承受的速度。许多沿海地区也正在经历高于平均水平的全球海平面上升，加速了风险。
罗格斯大学地球、海洋和大气科学研究所所长兼最新 IPCC 报告的作者罗伯特·科普说，按照大西洋中部目前的上升速度，湿地和其他沿海生态系统可以跟上步伐。“但只有当它们有空间这样做时，它们才能跟上步伐。”
这意味着它们需要有空间从海洋向内陆移动。这就是为什么将森林作为缓冲非常重要。科普补充说，用坚硬的基础设施锁定事物会阻止自然生态系统适应。“这是人们需要考虑的权衡。”
内陆迁移
回到史密森尼全球变化研究湿地，风暴潮项目正在那里进行，研究人员正在试图确定那些没有接触过盐水的树木如何应对不断升高的盐度。他们将寻找树木在被海水淹没后迅速衰退的阈值。
梅戈尼格尔说：“我们知道成熟的树木可以容忍偶尔接触盐水，特别是如果盐被雨水冲走，但我们不知道什么会触发树木衰退，即在风暴潮事件的频率、季节性时间或严重程度方面。” “我们的研究旨在梳理出植物、土壤和微生物的过程和机制，这些变化是如何开始的。”
新的实验称为 TEMPEST，这对于衡量未来潮汐涌动的情况来说是一个恰当的名称。
它源于这里早期的一些气候研究，这些研究关于大气中较高浓度的二氧化碳如何影响植物生命。该地点设置在遍布着注入 CO2 的小型室的湿地中，已帮助研究人员发现某些植物对升高的 CO2 反应良好，它们将 CO2 光合作用并作为能量消耗（《绿线》，2018 年 7 月 17 日）。
温室气体还有助于植物更快地形成土壤，以便它们能够上升到逐渐逼近的海洋之上。当这里的湿地大约在 4000 年前开始形成时，切萨皮克湾比今天低约 15 英尺。
但是，海平面上升最终会超过这个湿地所能克服的程度。
为了生存，它正在向内陆迁移。它正在侵占任何阻碍它的东西，包括那些枫树、山毛榉和杨树。
梅戈尼格尔说：“我们知道森林最终会屈服。” “我们不知道树木遭受多少次风暴潮才会受损。”
淹没区域
为了模拟一个以更强降雨为标志的潮湿未来，研究人员将使用复杂的储水罐和管道网络，用 80,000 加仑的淡水淹没一个森林地带。这大约是今天一年中最潮湿月份的日平均降水量的 40 倍。他们将用 80,000 加仑的盐水淹没另一个地点，这些盐水将从河口中抽取并使用巨大的囊泡泵出。
他们将把这些地点淹没一次，持续 10 个小时，然后观察和测量当树根缺氧时树木的反应。这意味着测试水在树干中向上移动的速度以及树木的生长速度。他们将采集土壤样本来测量水分和微生物，并查看土壤释放了多少二氧化碳。
随着水开始杀死树木，假设它们将停止吸收和处理二氧化碳，并开始释放二氧化碳，成为碳源而不是碳汇。
他们不仅要测量水的饱和度，还要测量盐的含量。他们将区分这两种压力源，以了解它们如何以不同的方式损害树木。
这都是由太平洋西北国家实验室领导、美国能源部资助的一项在切萨皮克湾和伊利湖进行观测的大型项目的一部分。
太平洋西北国家实验室的博士后研究员兼 TEMPEST 项目负责人安雅·霍普尔说，这样做的目的是帮助研究人员预测哪些区域将面临快速变化的风险。然后，他们可以使用这些数据来指导保护工作和政策。霍普尔说，他们甚至可能会看到某些物种具有快速适应和生存的能力。
提前做好准备
切萨皮克湾研究人员的努力具有实际意义。
根据 NOAA 的数据，在美国，近 40% 的人口居住在沿海县。在像孟加拉国这样的低洼三角洲地区，海平面上升引起的潮汐洪水已成为人口流离失所的主要驱动因素。
了解未来沿海地区将发生什么，可以帮助规划人员和地方官员确定要为湿地向内陆迁移预留多少空间，这意味着要限制紧邻森林的基础设施开发。
霍普尔说：“我们使用陆地和海岸的方式，我们也正在侵占这些地区。”
拯救湿地的好处是巨大的。它们保护野生动物栖息地和沿海基础设施免受风暴侵袭，去除水中的污染物，并隔离碳。根据最近的一份报告（《气候线》，7 月 27 日），全球一半以上的碳是由生活在或围绕世界海岸线的动植物捕获的。
所谓的“蓝碳”——储存在沿海栖息地土壤中的碳——引起了那些希望通过恢复沼泽和红树林来减少排放的国家的兴趣。碳信用额度也可能被用来支付沿海湿地保护的费用。
梅戈尼格尔和史密森学会的研究人员正在努力创建沿海报告卡，以帮助政府和保护组织确定哪些沿海生态系统需要保护。他们将利用沿海碳图集的数据来实现这一目标，这是一个拥有 5400 多个碳剖面的交互式地图。
尽管在过去的二十年里，他看到了湿地的变化，但梅戈尼格尔仍然保持乐观。
他说：“如果你能计划为沼泽预留缓冲带以向内陆移动，并且你能为森林向沼泽的有序过渡做好计划……那么就有很多乐观的空间。”“我们只需要把对话的焦点从可能发生的事情转移到正在发生的事情，以及我们如何走在前面。”
经 POLITICO, LLC 许可，转载自E&E News。版权所有 2021 年。 E&E News 为能源和环境专业人士提供重要新闻。