南极冰显示：全球变暖致植物加速生长

魁北克的一个北方森林

● 一项新的研究表明，世界上的植物每年可以吸收额外的280亿吨二氧化碳。

几十年来，科学家一直在试图弄明白我们向大气中排放的所有二氧化碳对植物都有什么影响。而寻求答案的最佳地点便是植物不能生存的地方，冰冷的不毛之地——南极洲。

南极洲的冰在形成的时候包裹着气泡，它们将此大气样本保存了好几千年。这种混合物中的一种化学物质的含量揭示了植物在历史上任何时期的全球生长状况。

加州大学默塞德分校的吉•坎贝尔（J. Elliott Campbell）说：“是整个地球上每种植物的状况。”

通过分析这些冰，坎贝尔博士和他的同事们发现：在过去的一个世纪里，植物在以比过去54 000年里的任何时候都要快的速度增长。他们在《自然》杂志上撰文指出，植物正在以比工业革命之前快31%的速度将二氧化碳转化为有机物质。

坎贝尔博士说，这一增长是由于人类向大气中排放的二氧化碳刺激了植物的生长。每年额外增生的植物含碳量达到了惊人的280亿吨。从规模上来说，这相当于地球上每年收获的所有农作物的含碳量的3倍。

未参与此项研究的斯坦福森林环境研究所所长克里斯托弗•费尔德（Christopher B. Field）说，“我们很倾向于认为，全球范围的光合作用太过广阔，不太可能受到人类活动过多的影响。但在这里，事实已经很明确了。这项研究真的是一份精心杰作。”

从工业革命开始，人类便以惊人的速度向大气中排放二氧化碳。自1850年以来，二氧化碳气体的浓度增加了40%以上。

由于植物依赖二氧化碳生长，科学家一直想知道额外的二氧化碳气体是否会促进它们的生长。但这个问题很难得到确切的答案。

植物不仅仅依赖于二氧化碳，它还需要水、氮和其他化合物。即使有了完美的营养平衡，植物也会在不同的温度下以不同的速度生长。

为了得到一些实际的植物生长测量数据，一些科学家已经建造了围场，这样他们就可以确定二氧化碳的确切含量以及植物的生长情况。他们甚至可以通过用二氧化碳淹没围场来进行实验。

在这些围场中，吸收了更多二氧化碳的树木和其他植物的确会生长得更快。但是要把这些结果推广到整个地球是很困难的。科学家发现，植物在世界的不同地区对二氧化碳的反应是不同的。这些实验在物流后勤上的困难使它们主要被局限于欧洲和美国，而对热带地区和遥远北方地区的大片森林研究很少。

巴西的亚马逊雨林

最近，科学家已经转而利用卫星来获取线索。他们测量了这片土地的绿色程度，从这些数据中，他们估计了树叶覆盖的面积。

但这种方法也有其不足之处。例如，在被云层覆盖的地方，卫星就没法看到树叶了。而叶子的大小仅仅是植物生长的一个粗略导向。如果一株植物的根很大，那么它的生长就会被隐藏在地下了。

在21世纪头十年的中期，大气科学家发现了一个强大的新方法来衡量植物的生长：通过研究一个稀少得难以想象的叫做羰基硫的分子。

羰基硫分子由一个碳原子、一个硫原子和一个氧原子组成，只占大气的几百兆分之一。这大约比二氧化碳的浓度低100万倍。海洋中腐烂的有机物产生了羰基硫化物，这种气体随后会漂浮到大气中。

植物吸收二氧化碳的同时吸收羟基硫。一旦它们进入植物的组织，就会被破坏。因此，随着植物的生长，空气中硫化物的含量会下降。

芝加哥伊利诺伊大学的大气科学家马克斯•博克汉莫（Max Berkelhammer）说，“你可以实时看到它。早上太阳升起的时候，植物便开始抽取它们了。”

这一发现促使科学家们去了南极洲。到达南极的空气混合得很好，因此它的羰基硫化物水平可以很好地反映全球植物的生长情况。

坎贝尔博士说，“目前光合作用的变化速度在54 000年的记录中是前所未有的。”

当南极洲的冰形成时，它捕获了空气中的气泡，创造了一种可以追溯至数千年前的关于大气的历史记录。去年,坎贝尔博士和他的同事分析了过去54 000年的羰基硫的记录。

在冰河世纪末期的几千年里，二氧化碳气体的量大幅下降。坎贝尔博士说，这种下降反映了冰川的消融。当新的陆地裸露出来，植物开始生长并破坏羰基硫化物。

而更为困难的是解释冰中最近的记录。自工业革命以来，人类的纺织品制造和其他活动增加了更多的羰基硫化物。在过去的一个世纪里，这种羰基硫化物的注入已经提高了冰层中的该气体的含量。

但坎贝尔博士和他的同事们发现，这种情况并没有增加多少。尽管我们一直在向大气中加入排放羰基硫化物，但植物也在抽取它们。事实上，科学家们发现，植物在以惊人的速度抽取它们。

坎贝尔博士说，“目前光合作用的变化速度在54 000年的记录中是前所未有的。”他说，虽然在冰河时代末期光合作用有所加快，但目前的速度是那时的136倍。

随着这些更多的二氧化碳被植物吸收，空气中的二氧化碳含量对全球变暖的影响就更小了。自1880年以来，地球的温度上升了1.4华氏度，但如果没有这些绿色植物，它可能会更热。

未参与这项新研究的博克汉莫博士说，这项研究将成为气候预测的基准，“这意味着我们可以建立更准确的模型。”

为了彻底检验气候模型，研究人员经常参看历史记录，看看它们能在多大程度上与过去相符。现在，他们可以看看这些模型是否能以坎贝尔和他的同事们观察到的速度增长。

如果二氧化碳排放量继续上升，未来几年植物将会怎么样，这仍是一个悬而未决的问题。

更多的二氧化碳可能刺激植物更快地生长。但许多气候模型预测，随着气温升高和降雨模式的改变，植物将受到影响。随着更多的二氧化碳排放，全球植物的生长可能会下降，植物也将不再有助于减缓全球变暖的影响。

坎贝尔博士说，“我已经提到过这是一个碳泡沫。你知道生态系统将会在未来50年里吸收更多的碳，但在将来总会在某个节点上打破这个极限。”

本文作者卡尔•齐默（Carl Zimmer）是美国著名科普作家，《纽约时报》专栏作家。