北极圈的褐色:植物枯竭比我们想像的恐怖?

假如北极圈能生长出更多的植物,相信没有人会认为这是一件可喜可贺的事情。因为这直接证明了全球暖化日益严重,令北极圈不再寸草不生,给了当地动植物一个「温暖」的家。但假如我告诉你:现在北极圈的植物枯萎速度快了,你的第一反应可能认为这是一个天大喜讯,好像气温下降了、生长环境极端了才有这个现象,但事实是否是这样?

破解迷思:植物在北极圈的存在

其实一直以来,北极圈都有一点点的植物,当中包括常见的杜鹃花科、十字花科等,一般都会在当地的夏季生长及开花,只是大多都只是一些非常低矮的灌木、地衣及苔藓等,而正常的树木则难以生长出来。至於学界经常探讨的 Arctic Greening(绿化)和 Arctic Browning(棕化),计算的是他们生长的比率、覆盖率以及生理周期的长短,藉此研究对地球的影响。

简单来说,北极圈绿化是指植被不断增加,而棕化则是植物出现枯萎或死亡的迹象。科学家会透过每年的卫星图像,计算北极圈的 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,即常态化差值植生指标,当中透过红光与近红外光的反射情况显示出植物生长、生态系的活力与生产力等资讯)。

叶绿素对近红外光会大量反射,以及对红光光谱区之太阳光会大量吸收;因此 NDVI 数值愈高代表该地区反射红外光的能力愈强,亦表示该地区植物生长会更健康及茂盛。反之,植物的植被叶片如果出现红色、黄色、褐色等变化,NDVI 的数值便会降低。从下图我们可以清晰看见,北极冻土带大部份地方都有绿化的情况,而在格陵兰、美国阿拉斯加以及俄罗斯则有棕化的情况。当中只有格陵兰的地方亦保持纯白色,即是全年均是冰川,其他地方都已经沦陷了。

棕化与极端天气的关系

上述的数据在每年夏天取得,这意味着植物的枯萎来得比正常周期快,而这绝非一个好兆头。英国谢菲尔德大学(University of Sheffield)教授 Gareth Phoenix 及研究人员 Rachael Treharne 指出,由於受到极端天气的影响,北极圈在冬天中段亦有一段回暖的日子,令植物表层的雪层融化而提早发芽,而当植物暴露在阳光下,它们的抗寒能力便会大大减低,而当暖风已过、回归寒冬时,便令它们冷不提防的情况下被杀个措手不及。

另一个原因则是极端天气引致的霜冻。由於空气温度突然下降,植物储存的水份会脱水结冰,但土壤仍然处於冰封的状态,令它们无法从泥土中补充所需要的水份而提早枯萎,形成大范围的褐色现象。

除了北极圈的气候变化之外,昆虫入侵亦加剧了棕化现象。随着冬天和夏天的温暖,食叶昆虫能茁壮成长并进入北极圈,令灌木落叶更为严重。其中一个例子便是冬蛾(O.brumata)在北欧地区爆发性增长。蛾卵会在 -30°C 左右死亡,但近年的蛾卵却能在冬季存活并提早孵化,结果令当地白桦林大规模落叶,面积接近一万平方公里,生态系统受到不能逆转的干扰。

棕化对大自然及人类的影响

棕化最直接且最重要的影响便是加剧全球暖化。随着植物枯萎,它们吸收人类排放的二氧化碳并进行光合作用的能力则会「大幅减少」,也让北极圈更热并令棕化问题更严重,形成恶性循环。

慈济大学生命科学系助理教授叶绿舒指出[7],当大气中二氧化碳浓度节节上昇时,寒带森林植物生长速度会比热带森林高出四倍以上,因此在大自然中,寒带森林植物在全球暖化下本应肩负着吸收更多碳的责任。然而,寒带森林出现棕化现象後,却让光合作用的能力大打折扣。

此外,当植被范围棕化并减少时,植物便失去了遮挡阳光的作用,令冰面更容易蒸发,加速冰川融化并带来更多极端天气。

据国家地理杂志的数据[6],大气中的 CO2 浓度至少在过去 80 万年中一直介於 180 到 290 ppm 之间,但在 2019 年 9 月却录得 412 ppm的浓度,并以每年 2ppm 的速率上升,这项数据间接证明了大自然中二氧化碳浓度不平冲,专家预测未来可能会衍生出其他问题,包括中纬度地区的乾旱。

这些极端天气也为生活在北极圈的人民带来各种社会上的灾难。在挪威的朗伊尔城,由於气温上升,当地降雪量因为融雪情况而大大增加,引发多次雪崩报告,除了破坏民居,雪崩也堵塞了当地的主要干道及天桥,并影响航班升降,严重影响运输业、旅游业及货物进出口。此外,随着降雪量上升,天线也遭受破坏,不只令机场等依赖信号系统的设施停摆,积雪亦使人民无法正常通勤。

自然界生物链亦会因为棕化而受到牵连。植物本身是陆地食物网中重要一环,棕化现象会令很多食草动物如驯鹿等失去食物。此外,全球暖化也会影响候鸟迁徙,假如种子无法在北极圈等地方散播,再加上棕化现象更会严重影响当地的食物链,令当地的稀有动物有绝种的危机。

当然,由於棕化现象经常出现在科学家难以到达的区域,我们仍未完全了解棕化形成的原因及情况,但随着科技进步,我们寄望未来卫星能拍摄更高解析度的影像,让科学家掌握更多有关棕化的数据以作研究。

延伸阅读

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  • 如何从茫茫大海中,找到战争遗留的深水炸弹?——海底扫雷行动

参考资料

  1. Hansen, B. B., Isaksen, K., Benestad, R. E., Kohler, J., Pedersen, Å. Ø., Loe, L. E., Coulson, S. J., Larsen, J. O., & Varpe, Ø. (2014). Warmer and wetter winters: Characteristics and implications of an extreme weather event in the High Arctic. Environmental Research Letters, 9(11), 114021.  
  2. Hoag, H. (2019, August 8). Climate change made the arctic greener. now parts of it are turning brown. Science News. Retrieved January 17, 2022  
  3. From Doris Friedrich. (2018, December 21). Arctic browning: An overlooked threat that might accelerate climate change. High North News. Retrieved January 17, 2022 
  4. Tundra Greenness. Arctic Program. (n.d.). Retrieved January 17, 2022  
  5. Sheffield, T. U. of. (2019, September 19). Turning the Arctic Brown. Eos. Retrieved January 17, 2022  
  6. 气候暖化促进了植物成长,但也让地球变得更「渴」. 国家地理杂志中文网. (n.d.). Retrieved January 17, 2022  
  7. Press, C. (2018, July 12). 二氧化碳多,植物就会长得快吗?. CASE报科学. Retrieved February 11, 2022

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