科學家帶著手繪地圖和防熊噴霧,重啟史上最長久的冰河樣區研究。讓我們看看當時的地景如何變遷。

冰河融化了
當科學家在二十世紀初研究這塊區域的時候,約翰霍普金斯冰河(John Hopkins Glacier)填滿了這座峽灣。但如今,這裡卻充滿大片開放水域。/ PHOTOGRAPH BY BRIAN BUMA

生態學家通常沒什麼機會扮演偵探,在美國中西部發霉的紙堆中翻找100年前的手繪地圖,圖上描繪阿拉斯加茂密的森林,裡頭住著狼和棕熊。科學家布萊恩.布馬(Brian Buma)正是這樣追溯一位傳奇人物的遺作,這位傳奇人物堪稱近代生態學巨頭,他對生態學貢獻之重要,讓美國生態學會(Ecological Society of America)甚至以他名字命名獎項。

布馬是美國阿拉斯加大學東南分校的助理教授,他正在搜尋阿拉斯加冰川灣國家公園遼闊曠野中的九塊小型樣區。這幾塊1公尺見方的樣區,最早在1916年由美國植物學家威廉.斯基納.庫珀(William Skinner Cooper)標記在地圖上。這幾塊樣區,是科學史上歷時相當久遠的自然實驗的核心。據我們了解,這些樣區也是美國境內受到縝密研究,且變化明顯的土地。

庫珀熟知冰川灣的豐富歷史,他讀過18世紀喬治.溫哥華船長(Capt. George Vancouver)的探險日誌,當博物學家約翰.繆爾(John Muir)為了比較阿拉斯加與優勝美地的地質而啟程獨木舟之旅時,庫珀也隨行了這趟考察。甚至早在冰川灣在1980年成為國家公園的55年前,庫珀就帶頭主張將這塊區域劃為國家紀念區。

庫珀在這幾塊樣區上完成的突破性研究,至今仍然寫在大學教科書裡。但是隨著時間流逝,已經沒有人知道樣區位在何方。布馬的目標是找到它們。

「我從小看印第安納.瓊斯長大,而且我一直都喜歡探索、尋找老東西,追訪被遺忘的地方,推展未知的疆界,」布馬說:「這件事全包了。」

於是,去年夏天,在晚了庫珀一個世紀後,布馬在國家地理學會的贊助下,帶著歷史照片、金屬探測器和防熊噴霧,找出了庫珀的研究地點。現在他利用這些地點,來重塑我們對植物群落的了解,因為植物群落會隨著氣候變遷以驚人的方式轉變。布馬向美國生態學會投稿的論文於5月30日發表(庫珀在百年前的研究也發表於同期刊)。他在論文中指出,冰川灣地帶的冰河退後得比全世界其他地方都快,而在此同時,新的灌木和森林也大量出現,但是不像先前預測的那樣簡單劃一。

「我們通常假定植物群落會循固定順序變化,也就是每次當你走進具有千年歷史的森林時,你都會看到同樣模式的植物,」布馬說:「但如果你沒有長期觀察同一片地景的話,就無法證實這個假定,而這就是庫珀嘗試做的事情。現在我們讓這個研究重生了。」

地景改變很大
這些照片告訴我們特定樣區如何隨著時間發生戲劇性的改變。/ COURTESY BRIAN BUMA

追尋古老謎團

對布馬而言,事情的開端是一個謎團。非原住民的冰川灣觀察紀錄最早發生於1794年,英國探險家溫哥華的遠征隊描述了一塊32公里寬、1.2公里厚的巨大冰塊,使海岸線「終止於堅實冰山」。1897年博物學家繆爾造訪這個地區,他想親眼觀察冰河如何雕塑地景,當時這條冰河已經在自然變化中後退了80公里。

1916年,庫珀來了,他根據溫哥華繪製的地圖探訪融冰底下寸草不生的碎石地,劃定小塊樣區以追溯長時間的變化。又經過數十年,這裡出現肥沃的土壤、雲杉幼苗以及柳樹,他和學生記錄隨機性如何造化新地景,看大自然的奇想與隨興如何讓每塊小樣區長出和其他土地稍有差異的樣貌。庫珀晚年,他的學生接手詳細記錄這塊區域的植物生長與變化。

「庫珀立刻就察覺了,」國家公園的生態學家路易斯.沙曼(Lewis Sharman)說:「這裡有機會執行長期實驗,研究地景長期的動態變化。」

布馬說:「他建立了世界上觀測最久的演替樣區網路;從這些樣區取得的資料,建構出我們現在對生態學的了解,堪稱生態學的基石。」

但是這些樣區在1990年代初遭到棄置,而最後一位知道樣區位置的人也已經過世。這片知名地景依然持續變化,但是這扇獨特的觀景窗卻關上了。

因此,布馬前往美國明尼蘇達大學檔案館。他挖出庫珀的原始資料,包括老照片、1916年的手寫筆記本和手繪地圖。庫珀就像從海盜地圖尋找方向一樣:走到大岩石然後向北轉15度,接著走45步,你會發現一塊較小的岩石。布馬影印了所有的資料。

他徒步跋涉到阿拉斯加,再藉由獨木舟到達冰河的最遠處。當然,什麼都變了:磁北極移動過、資料裡的岩石已由鐵釘取代。他鑽行過如公園攀登架般密密麻麻的柳樹叢。「有時候一小時走不到一公里遠。」他還看到熊和狼。

但是他還是找到了樣區,而且這些樣區值得深入研究。

植物演替很快
研究過程中,森林快速生長。/ COURTESY BRIAN BUMA

重寫教科書?

其中一個樣區長滿超過2公尺高的柳樹,地表鋪著死去老樹,形成濃密樹叢。18公尺外的另一個樣區為一棵高大杉樹的樹蔭遮蔽,地上除了針葉以外別無他物。有些柳樹樣區看起來和100年前一模一樣。其他樣區現在則是一片赤楊樹林的一部分。

「就算沒有受過生態學的訓練,也會覺得這些樣區非常迷人,看出大自然有多麼不可預測,」布馬說:「機率讓柳樹種子掉落在不同地點會有不同造化。你可以踢翻一塊石頭,然後100年後再來看造成什麼影響。」

多數生態學課本講到植物演替時,會這樣教:「首先長出地衣,然後有草本植物,接著灌木生長,然後是早期演替樹木,」布馬說:「我們用這些假定建立許多模型」包括許多科學家用來預測氣候變遷影響的模型。布馬說,庫珀的目的在於反對學界過分倚重推論、而不重視直接觀察的趨勢。

隨著冰河退後,植物往北且往高處移動,許多科學家推測森林會擴張。但是布馬說事情可能沒那麼簡單。「我們沒有觀察到太多這樣的現象,」他說:「我們看到的是柳樹和灌木遍地生長,成為優勢植物。」

他知道從這麼小的樣區裡,不可能得出整片地景規模的結論,但還是可以從中獲取一些訊息。各個物種會以不同的方式應對暖化,有些北移的物種會阻擋其他物種的前程。「通常是個子小的物種抑止體型大的物種,因為它們移動速度比較快。」布馬說。

換句話說,布馬指出:「預測演替過程會循序漸進的模型,可能太過天真。」

布馬計畫繼續庫珀遺留的研究,沙曼是其中一位對此心懷感激的人。

「身為科學家,庫珀看出了保存冰川灣樣區的價值,這個地方能夠對未來的科學研究有所貢獻。」沙曼說。他也補充說明,現在確實需要科學家投入冰川灣國家公園的任務。「這直接歸功於庫珀的影響力,因為非常少國家公園會用這樣的實證方法進行生態研究。」

撰文:Craig Welch

編譯:石頤珊

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