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Nov. 29 2019

氣候暖化促進了植物成長,但也讓地球變得更「渴」

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  • 升高的 CO2濃度加上變暖的氣溫,二者結合的結果是植物消耗的水量增加。這將導致如這條南卡羅來納州阿十波河(Ashepoo River)的河流的水量下降。 PHOTOGRAPH BY VINCENT J. MUSI, NAT GEO IMAGE COLLECTION

上升的 CO2濃度和一個暖化的地球代表植物會長得更大,也有更長的時間把陸地吸乾。這對人類的水源供應而言是個壞消息。

在本世紀結束前,植物可能會消耗掉更多的水,讓住在北美、歐洲和中亞的人們能使用的水變少──就算下雨和降雪增加也一樣,一份11月初發表在《自然地球科學》(Nature Geoscience)期刊的新研究這樣描述。

植物是水循環的主要調節者,影響60%從陸地流往大氣的水分。現在有研究顯示,氣候變遷是如何經由好幾個途徑改變著這個重要的循環。

「植物就像是大氣的吸管,控制著水如何從陸地流向大氣。」這份研究的主要作者──達特茅斯學院(Dartmouth College)的氣候地理學家賈斯丁.曼金(Justin Mankin)說。

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在未來數十年內如果二氧化碳(CO2)的排放量沒有大幅減少,到本世紀末,大氣的 CO2含量會變成將近2倍,而全球平均溫度則會上升攝氏4到6度。未來的這種更熱又充滿CO2的環境,就如同把暖氣調大後再把 CO2打進溫室。假設沒有其他如營養缺乏等因素的限制,可能的結果就是讓植物爆發性成長。不過這樣一來,留給人類使用的水會大量減少,曼金在一次訪問裡說。

氣候變遷會從三方面影響植物的生長。首先,當 CO2濃度上升,植物行光合作用所需的水會變少。這個影響有充分的資料可證實,過去一直被認為代表會有更多淡水可供給土壤和河川。然而第二種效應會抵銷它:當世界變得較暖,就表示會有更長、更暖的生長季,這讓植物有更多時間生長和消耗水,進而旱化土地。

如今研究人員指出了第三種效應:當 CO2濃度升高,它會放大光合作用。植物在這種較熱、富含 CO2的環境裡會長得更大、有更多葉片。這表示下雨時會有更多潮濕的葉片,也創造出更多表面積、發生更多蒸發作用。電腦模擬顯示這種葉面蒸發作用的增加對逕流和土壤水分(soil moisture)有很大的影響,曼金說。

曼金的團隊共使用16個不同的氣候模型,搭配了一些變數的歷史資料,包括降雨量、葉面蒸發量、土壤蒸發量、葉面積指數(leaf area index)、土壤水分等,以及其他能更準確複製過去情況的變數。而未來氣候的變數如地表氣溫和CO2濃度也被加入模型中,以了解它們會如何影響全球水循環。

雖然各地的植物在一個更熱、富含 CO2的世界會消耗更多水分,但北部和熱帶地區預計會有足夠的降雨,抵銷掉植物成長所增加的用水量,曼金說。

這個研究的精華重點是:升高的CO2濃度和暖化的溫度二者合起來的影響是增加植物消耗的水量,而這會導致中緯度地區──包含北美洲、歐洲和中亞等地方的河川與溪流的水量下降。

關於用水量的壞消息

高 CO2濃度對植物的影響是否會增加陸地的可用水量(water availability),長期以來一直受到討論,全球知名的水專家、同時也是致力於解決全球水資源問題的太平洋研究所(Pacific Institute)前任所長的彼得.葛理克(Peter Gleick)說。

「在更準確模擬整體生物量的增加,包括林冠之後,」這個研究得到的是「一個肯定、相反和可說是『壞消息』的結論:上升的 CO2濃度和相關的氣候變化會使得可用水量變得更少,而不是改善狀況,」沒有參與這份研究的葛理克說。他說這個結果「對美國西部幾乎肯定是個壞消息。」

先前的氣候研究已經發現在 CO2排放量維持不變的情況下,美國西南部和中部大平原區(central Great Plains)有高達80%的機率會在2100年前遭遇到一個長達35年或更久的「超級旱災」(megadrought)。適度減少排放量也只會將風險降到60%。而模型預測的超級大旱,還不包含這個新發現提到的植被改變會如何讓情況更加惡化,葛理克說。

如今的大氣已經有更多 CO2了,氣候也更溫暖。來自衛星資料的證據顯示過去40年來植被的增加量相當明顯,曼金說。不過他也提到,雖然生長季節也變得愈來愈長,但也很難將地球最近的綠化完全推給氣候變遷,因為過去100年間地貌受到太多人為改變了。

CO2濃度節節高升

大氣中的 CO2濃度至少在過去80萬年中一直介於180到290 ppm之間。最近的這1萬年,CO2則維持在大約280ppm,直到工業革命造成了人類廣泛使用煤。

今年9月的量測顯示 CO2的濃度是412ppm,這比工業革命前的值高出47%。上一次 CO2濃度超過400ppm是在1600萬到2500萬年前,當時的地球以及氣候和現在非常不同。

 CO2濃度現在正以每年2ppm的速率上升。若是繼續使用煤、天然氣和石油,到2100年它的濃度可能會翻倍成560ppm。模擬顯示在那種情況下整個中緯度地區的乾旱會發生地更快、持續更久,而且變得更嚴重──就算在降雨情況正常的時候,曼金說。

水資源缺乏(Water scarcity)如今已是一個重大議題,根據一份2016年的研究,全球有40億人每年至少一個月面臨水資源的嚴重短缺。任何關於未來供水減少的消息確實都是噩耗,這點在像美國這樣富裕的國家也一樣,曼金說,從底特律到西南部,已經有人正面臨用水緊迫之苦了。

延伸閱讀:氣候變遷,我們如何應變?受到氣候變遷威脅的五種食物

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