5600萬年前，地球森林達到最茂密時期，樹冠蔥鬱，地球歷史上最強烈的溫室效應期開始，那些樹冠開始變得稀疏。
隨著全球(平均)氣溫上升高達攝氏6度，高溫和乾旱給森林帶來巨大壓力，導致大量樹木死亡。隨著森林樹冠逐漸打開，更多地面暴露在陽光下，改變了河流。在懷俄明州南部，蕨類植物曾短暫繁茂生長，而榆樹、胡桃樹、水杉和酪梨樹等等近緣物種也曾繁衍生息。隨後，棕櫚樹和其他喜溫植物向北蔓延。
Regan E. Dunn教授是La Brea Tar Pits博物館副館長、古植物學家。她在南加州大學Dornsife文理學院地球科學系文理學院研究懷俄明州的古森林--它如何在「古新世-始新世極熱事件」(PETM)時期失去60%的樹冠，以及如何在10萬年後才恢復。
人類排放二氧化碳引起的地球變暖速度大約是PETM時代自然變暖的10倍，但PETM是地球歷史上與當今全球暖化最接近的類比。了解懷俄明森林的遭遇或許幫助我們在地球再次跨越類似轉折點之前辨識出來。
Dunn教授和她的同事利用植物化石來辨識曾經生活在某地的物種。他們想要知道：這森林本身是什麼樣子？它是如何演變的？森林的結構，尤其是其樹冠，控制著射入林地的光照量、溫度、水源以及森林的碳儲存量--樹冠是生態系統功能最清晰的指標之一。但是，如何測量5600萬年前開始消失的森林密度呢？
生態學家測量林冠密度是用「葉面積指數」。茂密的森林有多層樹葉阻擋陽光，因此葉面積指數比較高；而比較稀疏的森林，由於比較多光線能夠照射到林地，其葉面積指數就比較低。樹冠能夠影響遮蔭、溫度、水分流失和光合作用，科學家用樹冠衡量森林功能。
他們得以從植物的微觀角質層--葉片上那層薄薄的蠟質外層--來了解森林的密度。這層角質層在富含有機質的沉積物中能夠保存幾百萬年之久，科學家從葉片化石中可以看到樹葉表皮細胞的形狀，這很重要。
樹葉表皮細胞形狀反映出葉片生長過程中接收到的陽光量：生長在陰涼處的葉片為了尋求陽光，會伸展出比較細長的表皮細胞；而那些接受陽光照射比較多的葉片，則會形成比較短、比較圓的表皮細胞--研究人員把這種關係轉化為重建古代森林的工具。為了對照，他們採集了中美洲和南美洲不同樹冠密度的森林土壤樣本。每一份土壤樣本都包含來自樹冠層中多種植物脫落的角質層，反映出森林整體的架構。
化石記錄保存了同樣的碎葉層。藉著比較幾千個葉表皮細胞形狀和他們測量到的葉面積指數，相關性非常顯著：葉表細胞越細長，其上方的森林樹冠層就越茂密。這使得研究人員能夠重建幾百萬年前的懷俄明州森林，並發現它們隨時間推移而發生的變化。
一個最令人驚訝的發現，就是森林在進入PETM時並不是處於衰退狀態。就在氣候快速變暖開始之前，森林樹冠層密度達到幾十萬年來的最高水平。也許是大氣中二氧化碳濃度開始升高時，森林生長條件變得有利。(關於二氧化碳來源的一個主流理論是火山爆發。)
然而，隨著氣溫升高，高溫和乾旱抵消了高二氧化碳濃度的益處。樹木死亡後，樹冠迅速稀疏，並在之後的十萬多年裡一直保持這種稀疏狀態。
在這種衰退狀態下，森林的功能發生巨大改變，影響了周圍的環境。古老的土壤被比較粗的河流沉積物所取代，說明樹冠的喪失改變了地面水的流淌和移動沉積方式--氣候的改變引起了森林改變，而森林改變引起了地貌改變。
這個次序給我們現在的人一個重要功課：二氧化碳濃度高能夠促進植物生長，但溫度和水分必須保持在樹木能夠耐受的範圍內才行。一旦超出範圍，高溫、乾旱、蟲害、病原體和野火就會抵消任何促進植物生長的效應。
世界各地的許多森林現在已出現因氣溫升高而減少的跡象。此外，為了獲取木材、種植作物和開墾牧場而進行的森林砍伐進一步降低了森林的恢復能力。
懷俄明的森林恢復了，但花了超過10萬年的時間。5600萬年前的古森林並沒有隨著它們的消亡而結束：隨著時間推移，溫暖氣候使得岩石的風化作用加劇，並逐漸吸收大氣中的碳，儲存在海洋沉積物中--這使得氣候得以降溫，水也更豐富了。
森林樹冠層逐漸恢復，最終甚至比氣候變暖前還茂密。隨著森林的擴張，它們很可能恢復了穩定土壤、調節水循環和吸收大氣中碳的能力。這些有助於減少溫室效應，也促進了地球的長遠恢復。
Dunn博士團隊的研究發現，二氧化碳排放曾多次使森林超出其生理極限，引發連鎖反應，從植被到河流，最終影響到整個地貌。研究還發現，森林在得以恢復後展現出驚人的韌性，但這個恢復「時期」遠超人類壽命--需要數千代人的時間。
如今，人類活動造成的碳排放和全球暖化正以遠超PETM時期的速度發展。化石記錄提醒我們，森林可以恢復，但人類必須避免將溫室氣體排放推向一個臨界點，以至於恢復需要幾萬年。
本文內容是Regan E. Dunn教授在專家資訊網站的撰文：Ancient forests took 100,000 years to recover。
No comments:
Post a Comment