科学家冲刷森林以模拟海平面的上升
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来源：中国数字科技馆
树木对洪水的最大承受力
科研人员在距离切萨皮克湾几公里的枫树林、榉木林以及白杨林中模拟未来洪水爆发的情况。
借助大量的聚氯乙烯管和橡胶管，研究人员用水淹没了多个足球场一半大小的林地，从而研究树木是如何应对气候变化引起的海平面上升以及降水激增等极端情况的。
这虽然只是一个区域试验，但研究人员希望能够由此构建一个全球模型，帮助科学家们更好地理解特殊事件带给树木的压力，以及岸边的树林在什么情况下会开始慢慢转变成湿地。
史密森环境研究中心的副主任Patrick Megonigal是该项目的重要合伙人，他表示：“人们已经意识到世界正发生着快速而巨大的改变，而作为科学家，我们希望能够提早知晓这种变化会将我们带向何方”。
随着气温升高，水体变暖，世界将遭受更多的极端天气。飓风艾达只是一个预告，它预示了气候变化将如何威胁海岸以及沿岸居民。与此同时，能够抵御风暴的湿地却在不断消失，或是被迫向内陆撤退并占据森林、田地和房屋。
大西洋中部地区便是个例子。这里的沿岸海平面以每年5毫米的速度上升，远超全球平均水平。
另一个问题是陆地也在不断下沉，这主要是上一次冰河世纪末的影响。那时，冰川下压陆地的一侧，使得另一侧上抬至超过切萨皮克湾的水平。而在冰川消退后，曾经冰川下的陆地开始上升，另一侧则开始下降。
与此同时，阻断海水逆流而上的河水流量也在减少，湿地遭到海水入侵而被迫向高地移动并替代森林。
研究表明，自19世纪中叶以来，切萨皮克湾地区有着超150平方英里的森林变成沼泽，而自那时以来，沼泽的退行速率增加了近1倍。
通常海水内侵、湿地退行会留下一片片被咸水杀死的变白或泛黑的鬼树林，在切萨皮克湾便是这样。但海平面上升是一个全球性问题，那些人口密度大、资金资源不足以控制海水上涨的地方同样面临着这些威胁。
新奥尔良以及菲律宾马尼拉等大量开采地下水的三角洲地区已经出现了一些极其严重的海平面上升情况。与此同时，新加坡、纽约等经济发展中心也受到了影响，一些小岛屿国家更是面临着生活方式被完全颠覆的威胁。
人们需要权衡的利与弊
海岸的发展方式极大程度决定了未来海岸将遭到多少的破坏。一篇上个月发表在《自然公害评论》杂志上的文章指出，海平面上升以及湿地流失将在2100年及以后的强风暴中造成25亿到130亿美元的财产损失。
相比于海平面上升、湿地流失前的水平，届时在风暴期间被洪水淹没的区域面积将扩大至2.5倍。该研究在最后总结到，由于岸边湿地的减少，未来强度较小的风暴也会造成比现在强度较大的风暴更深远的影响。
就变化发生的速率来看，未来并不乐观。一篇于2020年6月发表在《科学》杂志上的一篇文章指出，红树林以及其他类似的海岸生态系统所能跟上的极限海平面上升速度为每年7毫米。
然而政府间气候变化专门委员会最近的一份报告指出，在本世纪末，海平面的上升速度就会超过该阈值。海平面上升无可避免，除非我们能够将全球变暖控制在最低水平，否则海岸生态系统的适应速度根本跟不上海平面的上升速度。除此以外，许多沿海地区的海平面上升速度本就高于世界平均水平，这进一步增加了危机爆发的风险。
罗格斯大学地球、海洋和大气科学研究所所长、政府间气候变化专门委员会最新报告的作者之一罗伯特表示，就大西洋中部海平面上升速度而言，湿地以及其他海岸生态系统还是能够跟上的，“但前提是有空间让它们跟上”。
也就是说它们需要有能向内陆移动远离海岸的空间。这也是为何有森林作为缓冲带如此重要了。罗伯特补充说到，依靠硬性基础设施将整个生态系统控制在一个地方，这相当于是剥夺了自然生态系统适应变化的机会。“这是人们应该考虑到的利与弊”。
向高地迁移
再回到进行洪水模拟实验的史密森全球变化湿地研究所，研究人员正在尝试确定未曾受到过海水影响的树木将如何应对盐度的激增。他们希望能够找到在被海水淹没后树木开始快速衰败的盐度阈值。
Megonigal表示，“我们知道成熟的树木能够承受偶尔的盐水浸没，尤其是在有雨水冲刷带走盐水的情况下。但我们不知道的是究竟何种频率、在何季节以及多强的风暴会使树木开始衰败。我们的研究旨在梳理改变发生时的植物情况、土壤情况以及微生物的活动过程和机制”。
这项新的实验被称为“风暴”，由于该实验将有效估计未来洪涝情况，这一名字倒也恰得其所。这项实验将基于该地区最早针对大气高二氧化碳含量对植物的影响进行的研究。在那次研究之中，实验地所在的湿地上遍布着排出二氧化碳的小气室，研究人员借此发现了某些植物能更好地适应二氧化碳浓度的升高。植物通过光合作用吸收二氧化碳并产生能量。
温室气体还能够帮助植物更快地积累加固土壤从而不断向上，远离逼近的海水。在4000年前当地的湿地刚开始发生变化时，切萨皮克湾的海平面要比今天低15英尺。
但总会有一个极限，湿地无法再跟上海平面上升的步伐。
为了生存，湿地会向高地迁移，替代掉一切挡在它面前的植被，其中就包括那些枫树、榉木以及白杨。
Megonigal表示，“我们知道树林最终是难逃厄运的，只是不知它究竟能挺过几场风暴”。
淹没该地区
为了模拟一个降水更密集、湿度更大的未来，研究人员借助一个复杂的水箱水管网络体系朝一个森林区域倾注了80000加仑的淡水（约300吨）。这一数量相当于是现在一年中降水最多的那个月的日平均降水量的40倍。而在另一森林区域，研究人员则会从河口抽取8000加仑海水，并通过囊袋排出来淹没森林。
树林的淹没时长为10小时，在此过程中，研究人员将观察并测量植物在根部缺氧情况下的应对方式。其中就包括了测量水分沿树干向上传输的速率以及树木的生长速率。与此同时，研究人员还会收集土壤样本，测量土壤湿度与土壤微生物活动，并且确定土壤的二氧化碳排放量。
研究人员猜测，当树木开始衰败的时候，它们会停止吸收转化二氧化碳而开始释放二氧化碳，因此由原来的碳汇转变成碳源。
除了水分饱和度，研究人员还会测量盐度，并且将两个压力源分开研究从而确定两者以不同途径损害树木的方式。
这些实验研究都属于一个更大的项目。该项目由太平洋西北国家实验室领导，由能源部资助，在切萨皮克湾和伊利湖进行各种观测实验。
太平洋西北国家实验室博士后研究生、“风暴”项目领导人Anya Hopple表示，该项目是为了帮助研究人员确定未来哪些区域经历快速变化的风险最高。之后，他们就可以把相关结论应用到环境保护活动以及相关政策制定中去。Hopple补充说到，研究人员甚至还有可能发现一些能够快速适应环境变化并存活下来的物种。
走在前面
在切萨皮克湾进行的实验具有深刻的现实意义。
据美国国家海洋和大气局统计，美国近40%的人口生活在沿海地区。在孟加拉国等地势较低的三角洲地区，海平面上升引起的洪涝已经成为了造成人口迁徙的主要原因。
了解未来沿海地区有可能发生的风险灾害，能够帮助规划人员以及当地官员确定应该为湿地内移留出多大的空间，从而确定应该为森林旁的基础设施建设设置何种限制。
Hopple说，“我们在利用土地和海岸的同时，也在破坏着它”。
拯救湿地能够产生巨大的效益。湿地能够抵御风暴，保护野生动物栖息地以及沿海基础设施，它还能清除水中的污染物，同时吸收里面的碳源。一篇最近的报告指出，全球一半以上的碳捕捉都归功于生活在海岸以及海岸附近的动植物。
那些希望通过恢复湿地和红树林来减少碳排放的国家可以关注研究一下储存在海岸生态系统土壤中的碳，即蓝碳。同时也可以通过交易碳信用额来支付海岸湿地的保护成本。
Megonigal与史密森研究所的研究人员正致力于制作海岸报告卡片，从而帮助政府和环境保护机构确定哪些海岸生态系统急需保护。制作卡片的数据来源于由5400份碳档案组成的一份名为海岸碳地图册的交互地图。
尽管在过去20年里湿地经历了种种变化，Megonigal仍然对未来保持乐观。
他说，“如果能够为湿地内移留出缓冲区，并且确保森林转变成湿地的过程是有序的，那么未来就是乐观的。我们只需要把关注重点放在现在正在发生的事情上，而非未来可能发生的事情上，在事态不可控之前想出对策。”
撰文：Sara Schonhardt
翻译：先雨
审校：殷姝雅
引进来源：科学美国人