挖矿 | Nature150周年专题——封面故事（环境与气候）

小图按：2019年是Nature周刊创立150周年。图书馆“资源深度推广计划”（挖矿）计划推出一系列文章来纪念Nature150岁生日，帮助大家了解世界顶尖学术期刊的过去、现状与未来。本计划预计由11篇文章组成，5篇转载文章分别介绍Nature的起源、Nature与中国等，后6篇文章介绍登上Nature封面故事的高水平研究成果，分成IT与人工智能、生物与医学、人文与社会等。

随着人类社会的快速发展，气候与环境的变化也悄然发生着：冰川融化导致的海平面上升使得无数沿海国家与地区面临严峻的生存挑战，珊瑚礁生态恶化使得海洋生物圈中微妙的生态平衡被悄然打破，臭氧层空洞的出现、由于海陆温差减小而导致的愈加频发的雾霾天气……种种气候恶化现象使得人们不得不直面现状——全球性气候变暖。

01

冰川融化与海平面上升

1)   南极洲冰层对海平面上升的贡献

Schaefer J M, Finkel R C, Balco G, et   al. Greenland was nearly ice-free for extended periods during the   Pleistocene[J]. Nature, 2016, 540(7632): 252.

封面所示为2016年1月9日西南极 “思韦茨冰川” (Thwaites Glacier) 端部的冰崖由 “Landsat 8”卫星拍摄的一幅自然色拼接图。Robert DeConto 和 David Pollard研究发现，南极洲冰层对海平面上升的贡献潜力是在从“几乎没有贡献”到“在2100年之前贡献超过一米、在2500年之前贡献超过15米”之间。令人吃惊的高端估计值来自日益增加的的温室气体排放量和另外两个机制：由表面融水造成的冰裂和大冰崖的坍塌。低端估计值表明，通过采取强有力的措施控制气候变化，能够极大减小人类社会受海平面上升影响的风险。

2)   格陵兰冰盖的脆弱性

Schaefer J M, Finkel R C, Balco G, et al. Greenland was nearly ice-free for extended periods during the Pleistocene[J]. Nature, 2016, 540(7632): 252.

如果格陵兰冰盖完全融化，全球海平面将会显著上升，可能升高数米。本期《自然》发表了Joerg Schaefer等人与Paul Bierman等人所做的两项研究，他们考察了冰盖在过去的活动方式，旨在促进评估其在全球变暖环境下的脆弱性；两项研究的结论似乎相互矛盾。在新闻与评论版块中，两位地球化学家和一位冰川学家探讨了这两篇论文所反映出的问题。

3)   重新认识冰盖融化机制及影响

Golledge N R, Keller E D, Gomez N, et al. Global environmental consequences of twenty-first-century ice-sheet melt[J]. Nature, 2019, 566(7742): 65.

本期《自然》发表的两篇论文关注正在融化的冰盖。在第一篇论文中，Nicholas Golledge及同事考察了格陵兰和南极冰盖融化的级联效应。根据冰物质变化的近期卫星数据，最新修正的模拟显示，到2100年，冰盖继续融化会导致海平面上升达25cm，并严重减慢大洋环流，加剧南极融化，增加气候变率。在另一篇论文中，Tamsin Edwards及同事回顾了富有争议的“海洋冰崖不稳定性”假说（该假说认为南极海岸冰崖会随冰架融化而迅速崩解），并对假说用于预测的必要性提出了质疑。该团队的模型预计，到2100年，南极融化导致海平面上升超过39cm的可能性仅为5%。

02

气候与生态

1)   亚马逊雨林气候变化

Wang X, Edwards R L, Auler A S, et al. Hydroclimate changes across the Amazon lowlands over the past 45,000 years[J]. Nature, 2017, 541(7636): 204.

封面为2016年4月6日于国际空间站拍下的亚马逊河鸟瞰图。无论是在年度还是千年尺度上，亚马逊雨林既响应气候和生物地球化学变化，也驱动其变化，但有关该地区历史气候变率的高分辨率记录很难找到。王先锋及同事研究发现，在距今约21000年的末次冰盛期，降雨量大约是今天的一半，但在全新世中期（6000年前）的降水量比现今多50%，与全球温度和二氧化碳的变动大体一致。虽然冰期气候更为干燥，但亚马逊雨林仍然保存了下来。然而，雨林在未来能否继续存在仍是个未知数。

2)  大堡礁珊瑚白化

Hughes T P, Kerry J T, Álvarez-Noriega M, et al. Global warming and recurrent mass bleaching of corals[J]. Nature, 2017, 543(7645): 373.

封面所示为2016年拍摄的大堡礁北部的白化珊瑚。Terry Hughes及同事发现，在过去20年中，多重白化事件的累计范围已经扩大到了几乎整个大堡礁，其中2016年的白化事件最为严重，影响范围达91%。Terry Hughes及同事使用航空测量数据、水下测量数据和卫星测量的海面温度数据，评估了反复大规模白化事件地理范围的变化，展示了气候变化对大堡礁的巨大影响。作者呼吁全球各国立即采取行动，以保障珊瑚礁的未来。

[1] 珊瑚白化是指由于珊瑚虫将体内的共生藻排出，仅剩下透明的珊瑚虫或白色骨胳的现象，主要由全球变暖导致。

3)   山峰植物物种丰度加速提高与气候变暖相关

Steinbauer M J, Grytnes J A, Jurasinski G, et al. Accelerated increase in plant species richness on mountain summits is linked to warming[J]. Nature, 2018, 556(7700): 231.

封面所示为阿尔卑斯山脉东部Piz Lagalb山岩石中的高山点地梅（Androsace alpina）。受人类行为造成的气候变化影响，高山是全球变暖速度最快的地区之一。Manuel Steinbauer及其同事考察了过去145年来欧洲302座山峰的植物物种丰度变化，发现欧洲大部分山峰的植物物种丰度在这一阶段都得到显著提高，而且在加速提高，表现为过去十年的物种丰度是五十年前的五倍。作者的分析揭示了物种丰度提高速率与气候变暖速率之间的正相关关系，这意味着即使在地球上的偏远地区，气候引发的生物性变化也在加速发生。

4)   全球变暖下的海洋冷血动物比陆地冷血动物更脆弱

Pinsky M L, Eikeset A M, McCauley D J, et al. Greater vulnerability to warming of marine versus terrestrial ectotherms[J]. Nature, 2019, 569(7754): 108.

随着全球变暖的加剧，研究人员希望找出最易受到升温影响的生态系统和物种，为保育行动指明方向。在本期《自然》中，Malin Pinsky和同事评估了387个冷血物种对气候变化的敏感性，发现海洋物种比陆地物种更加脆弱。研究人员计算了299个陆地物种和88个海洋物种的热安全边际，亦即某个生物耐受的最高温度与生物体验到的最高温度之间的差异。结果显示，处境最危险的陆地物种分布于中纬度地区，而处境最危险的海洋物种则位于热带地区。研究人员认为，海洋物种的脆弱性较大已经产生了严重后果——在耐热范围极限灭绝的海洋物种数量已是陆地物种的两倍。

03

共识与应对

1)   很多美国人为什么不支持应对气候变化？

Rocklöv J. Climate science: Misconceptions of global catastrophe[J]. Nature, 2016, 532(7599): 317.

封面所示为2016年1月1日“康尼岛北极熊俱乐部”新年游泳的情形。一位参与者说：“那里就跟夏天一样。” 未来气候变化预计将使世界上很多地方越来越不适宜人类居住。那么为什么要获得公众对减缓气候变化的广泛支持却又是如此困难呢？Patrick Egan 和Megan Mullin 分析表示，大多数美国人现在都体验到冬天更温暖了，而夏天实质上并没有变得更不舒服或出现其他负面变化。他们认为，当前的天气模式使得美国人没有动力去要求从政策上对气候变化做出反应。不过情况是可能会改变的：对未来美国天气的预测表明，气候状况可能会恶化，所以公众的担心可能会增加。

2)   珊瑚礁的保护

Kroeker K J. Conservation: Fishing for lessons on coral reefs[J]. Nature, 2016, 535(7612): 361.

封面所示为巴布亚新几内亚Kimbe Bay中一小岛周围的一个珊瑚礁。世界珊瑚礁(它们为数百万人提供商品和服务)的健康状况正在下降。这些生态系统的有效管理需要我们了解造成珊瑚礁健康状况下降的因素。在一项横跨生态学与社会科学的研究中，Joshua Cinner及同事利用来自世界范围内超过2500个珊瑚礁的数据建立了一个贝叶斯分层模型，以此来根据各种不同的社会经济驱动因素和环境条件预测岩礁鱼的生物量。作者经分析认为，应当将珊瑚礁保护工作的重点由寻找和保护偏远、原始的地点重新转向从已经成功应对了珊瑚礁危机的地点挖掘潜在解决方案。

3)   全球碳排放已达危机点

https://www.nature.com/nature/volumes/573/issues/7774

气候变化既可称得上是我们这个时代的一个科学问题，也可称得上是一个社会问题。除非采取果断的行动，否则地球或将在本世纪末升温3 °C以上，并伴随前所未有的极端天气、海平面上升、物种大灭绝和人类苦难。气候变化的科学性和威胁显而易见，但现实世界和它的领导者却反应迟缓。本周《自然》与全球220多家新闻媒体将共同响应“即刻报道气候变化”（Covering Climate Now）的合作倡议，在9月23日联合国气候峰会于纽约召开之前，增加对气候变化的报道力度。人类智慧应能应对这一挑战，但前提是社会、产业和政府下定决心，立即行动。

to be continued

SpringerNature 翻译

王媛、杜其原 整理

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