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怕熱的你可以躲在冷氣房吃冰,怕熱的高山植物該怎麽辦?

Iyusungu Su
・2021/07/26 ・2971字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

像島嶼一樣的高山

不知不覺夏天即將來臨,炎熱的天氣常常讓人受不了,只想整天躲在冷氣房中吹冷氣喝冰涼的飲料降溫,不過人類覺得熱可以往比較涼快的地方跑,想喝水就有水可以喝。植物呢?如果植物覺得熱或者口渴會發生什麼樣的事情?

隨著全球暖化,全世界的高山植群生態系受到非常大的威脅。其實,高山環境可以提供一些喜歡寒冷溫度的植物生長,如同一個島嶼在一片汪洋中提供一片陸地給陸生生物棲息空間一樣。相信大家都知道氣候變遷造成全球暖化,全球溫度逐漸上升,使得極圈冰山融化入海中,導致海平面上升,陸地面積將會減少,影響了陸地生物的生存空間。一樣的事情也發生在高山生態系中,且更為直接,如圖 1,假設原本年均溫 5℃ 的等溫線在海拔 3,000m 處,但因為全球暖化氣溫升高,等溫線向上移動至海拔 3,200m 處,等於適應年均溫 5℃ 以下的植物可以生活的空間就越來越被限縮了,生存也將遭遇危機。

圖 1 高山生態系受全球暖化影響,生存空間限縮。圖/作者自製

而原本是喜歡冷的高山植物居住的區域,因為溫度上升,讓原本住在海拔比較低的這些可以適應較熱溫度的物種可以往更高海拔的區域移動,整個區域喜歡熱的植物就會越來越多,稱為植群嗜熱化 (thermophilization) 現象。

高山植物的珍貴資源:水分

水分在高山上同樣是非常重要的環境因子,高山上土壤層淺薄,水分儲存不易,在高山上春季植物發育所需水分很大一部分來自於冬季融雪產生的水分,而全球暖化會導致高山上積雪量減少,進而導致高山上水分儲存減少,且高溫會導致水分蒸發量增加,可能會影響部分對水分需求比較大的物種生存。

山土壤層淺薄,水分儲存不易,高山植物發育所需水分,很大一部分來自於冬季融雪。圖/Pexels

簡而言之,在山上住著一群怕熱且需要喝水的植物,而因為全球暖化的緣故,他們一直往更高的地方找涼快的地方躲,且山上能喝到的水以及他們可以生活的地方已經越來越少了,同時他們原本生活的空間被比較不怕熱也比較不需要水的植物佔據,整個高山耐熱耐旱的植物也越來越多。

世界高山植群組成變化

世界上高山眾多,而臺灣更是一個多山之島,高於海拔 3,000m 的山就超過 200座,而在其他國家以及臺灣是否有發生高山植群逐漸朝向耐熱與耐旱的物種變化的現象呢?

不同的研究團隊在世界各地高山做了許多植群變化之研究。圖/Pexels

Gottfried et al. (2012) 在歐洲阿爾卑斯山做了相當多的研究,他們發現歐洲大陸60 座山頭樣區之植物組成在 2001 – 2008 年間嗜熱性的低海拔物種普遍顯著增加,而較高海拔的物種減少。且在歐洲大部分高山地區嗜熱化程度與溫度上升程度成正比,進而導致原生於較低海拔物種向上遷移。Hamid et al. (2020) 在喜馬拉雅山區使用嗜熱指標分析也發現隨著溫度逐漸升高,原生較低海拔物種近年於高海拔山區優勢度逐漸增加。在瑞士的研究也發現因為低溫對物種限制減弱,使山頂區域新增 15 – 21 種原生於較低海拔的物種,且原本有耐寒優勢的物種逐漸被淘汰 (Wipf et al., 2017)。

臺灣的高山植群變化是否相同?

在臺灣目前總共完成六座高海拔樣區山頭的第三次複查,資料共橫跨十年,在這十年間高山上溫度明顯上升,整體平均每年約上升約 0.045℃ (林政道等,2019)。此上升幅度較 IPCC (2020) 提出的北美西部、歐洲阿爾卑斯山和亞洲高山地區平均每年上升 0.03 ± 0.02°C 更快。在降水量變化方面,近十年年降水量低於長期平均線的年份也比較多,過去研究表示在臺灣地區春季降水量自 1990 年代起呈現下降趨勢,而梅雨季節降水量在近 50 年呈現緩慢下降,有相同趨勢,且整體水分環境是越來越乾的 (周佳,2017)。

這樣的環境變化之下,我們大部分高山樣區的植群嗜熱化程度在這十年之間有些微的提升,但皆不顯著 (林政道等,2020),意思是說我們的高山植群嗜熱化還是有發生,但是不明顯。這樣的現象與 Gigauri et al. (2016) 的研究有類似的結果,他們在 2001 – 2008 年於高加索中部高山地區也發現嗜熱化現象發生,不像歐洲其他高山地區明顯,他們推測可能有其他因素在影響高山植群的組成變化。

研究發現,台灣高山上溫度的上升幅度,比世界其他高山地區來得更快。圖/蘇昱 攝

我們改良了嗜熱指標成為 “嗜濕指標”,來討論看看在高山上喜歡濕潤環境的植物變多還是喜歡乾旱環境的植物變多,結果上我們發現在大多數山頭嗜濕指標在近十年皆呈現下降的趨勢,有半數山頭顯著下降 (林政道等,2020)。這代表著在臺灣的高山植群逐漸朝向比較喜歡較為乾燥環境的物種變化。這樣的發現也與世界其他地區有類似結果,Steinbauer et al. (2019) 在阿爾卑斯山東部發現高山植物在近20年逐漸朝向適應溫暖與乾燥環境的物種變化;Carilla et al. (2018) 在阿根廷安地斯山脈研究指出該地區高山環境中因為水分環境變乾燥使菊科及禾本科等草本物種增加,而灌木減少;Abdaladze et al. (2015)在喬治亞高山地區同樣發現因為環境趨於乾燥使灌木類與部分對於水分需求較大之植物優勢度降低;Kobiv et al. (2017)在烏克蘭高山發現如 Veronica alpinaPedicularis oederi 等較喜歡潮濕環境物種減少。

在臺灣,高山水分環境對於高山植物的影響或許大於溫度,但也不是說溫度上升不重要,除了嗜熱化的現象還是有發生之外,溫度升高也會導致水分蒸發與蒸散更加快速,進而使環境更加乾燥,也會影響需要較多水分植物的生長。

圖/蘇昱 攝

我們在家中吹冷氣享受涼爽空間的同時,也盡量要做好節能減碳的工作,增加對於環境的友善表現。近年登山風氣興起,在欣賞美麗的高山美景時也千萬別忘了遵守無痕山林的原則,除了足跡什麼都不留下,除了相片與回憶,什麼都不帶走,大家一同來守護我們美麗的山林。

參考資料

  1. 林政道、劉以誠、郭礎嘉、賴宇傑、李丁在、蘇昱 (2019) 臺灣高海拔山區草原生態系調查與監測 (1/3)。行政院農業委員會林務局 108 年度科技計畫研究報告。108 農科 – 10.7.1 – 務 -e5。
  2. 林政道、劉以誠、郭礎嘉 (2020) 臺灣高海拔山區草原生態系調查與監測 (2/3)。行政院農業委員會林務局 109 年度科技計畫研究報告。
  3. 周佳、李明安、許晃雄、洪志誠、盧孟明、陳正達、鄭兆尊 (2017) 臺灣氣候變遷科學報告 2017-物理現象與機制。國家災害防救科技中心。
  4. Abdaladze, O., G. Nakhutsrishvili, K. Batsatsashvili, K. Gigauri, T. Jolokhava, G. Mikeladze (2015) Sensitive Alpine Plant Communities to the Global Environmental Changes (Kazbegi Region, the Central Great Caucasus). American Journal of Environmental Protection 4(3-1):93–100.
  5. Carilla, J., S. Halloy, S. Cuello, A. Grau, A. Malizia, F. Cuesta (2018) Vegetation trends over eleven years on mountain summits in NW Argentina. Ecology and Evolution 8(23):11554–11567.
  6. Gigauri, K., M. Akhalkatsi, O. Abdaladze, G. Nakhutsrishvili (2016) Alpine plant distribution and thermic vegetation indicator on GLORIA summits in the Central Greater Caucasus. Pakistan Journal of Botany 48(5) 1893–1902.
  7. Gottfried, M., H. Pauli, A. Futschik, M. Akhalkatsi, P. Barancok, J. L. B. Alonso, G. Coldea, J. Dick, B. Erschbamer, M. R. F. Calzado, G. Kazakis, J. Krajci, P. Larsson, M. Mallaun, O. Michelsen, D. Moiseev, P. Moiseev, U. Molau, A. Merzouki, L. Nagy, G. Nakhutsrishvili, B. Pedersen, G. Pelino, M. Puscas, G. Rossi, A. Stanisci, J. P. Theurillat, M. Tomaselli, L. Villar, P. Vittoz, I. Vogiatzakis, G. Grabherr (2012) Continent-wide response of mountain vegetation to climate change. Nature Climate Change 2:111–115.
  8. Hamid, M., A. A. Khuroo, A. H. Malik, R. Ahmad, C. P. Singh, J. Dolezal, S. M. Haq (2020) Early Evidence of Shifts in Alpine Summit Vegetation: A Case Study From Kashmir Himalaya. Frontiers in Plant Science 11:1–16.
  9. IPCC (2020) Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate. Available at: https://www.ipcc.ch/srocc/. Accessed: 16 August 2020.
  10. Kobiv, Y. (2017) Response of rare alpine plant species to climate change in the Ukrainian Carpathians. Folia Geobotanica 52:217–226.
  11. Steinbauer, K., A. Lamprecht, P. Semenchuk, M. Winkler, H. Pauli (2019) Dieback and expansions: species‐specifc responses during 20 yearsof amplifed warming in the high Alps. Alpine Botany 130: 1–11.
  12. Wipf, S., C. Rixen (2017) Long-term changes in summit plant diversity in the Swiss National Park. K. Bauch (Ed.), 6th symposium for research in protected areas (pp. 741–744). Mittersill, Austria: Salzburger Nationalparkfonds.
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Iyusungu Su
2 篇文章 ・ 2 位粉絲
一位研究臺灣海拔 3,000m 以上高山植群生態的研究生,研究樣區幾乎都是要重裝走好幾天才能到達,在山上的日子也發現一些高山植物的變化,希望能分享給大家。

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五則 TED 演講,讓你看懂「淨零」怎麼做
鄭國威 Portnoy_96
・2022/03/17 ・5819字 ・閱讀時間約 12 分鐘

如烏克蘭氣象學家維特拉娜·克拉科夫斯卡 (vitlana Krakovska) 在 IPCC 的線上會議中所說,如果歐洲乃至於全世界沒有那麼對石油跟天然氣上癮這場戰爭或許不會出現。同樣的,如果要終結這場乃至於下一場因石油而起的戰爭,需要做的就是盡快結束我們對石油與天然氣的癮頭。

也因為如此,我這兩週看了所有去年 TED Coundown 大會的影片,就是想要知道圓形紅毯上有哪些新的「值得傳播的好點子」,能幫助人類更快達到淨零,不再依賴化石能源。以下挑出五則我個人最喜歡的演講,推薦給各位。

對付氣候危機的最速手段:針對大魔頭甲烷的獨立戰略

Ilissa Ocko:The fastest way to slow climate change now|TED Countdown/YouTube

伊麗莎·奧科(Ilissa Ocho)是一位氣候科學家,目前在環境保衛基金(Environmental Defense Fund)擔任研究員,她的任務是為氣候變遷溝通與政策提供有科學根據的指引。她利用各種模型去了解人類的行為怎麼加劇氣候變遷,反過來也研究哪些降低溫室氣體排放的行動真的有效。她善於用簡單語言、動人影像,來向非專家傳達科學。在這則 TED Countdown 的演講中,她精準地在 10 分鐘內,改變了我的想法。

結論先說:溫室氣體兩大魔頭二氧化碳跟甲烷,各有威能與弱點,不能一概而論,得分開對付。

二氧化碳就份量來說,是溫室氣體的主角,佔了 99%,剩下的 1% 則是甲烷,但若在未來十年這個時間段裡頭來看,這 1% 的甲烷讓地球升溫得更快。雖然二氧化碳會待在大氣層更久,也一定要對付,但就溫度上升來說,沒有甲烷造成的那麼快。

奧科認為,減碳當然重要,但暖化已經造成了嚴重後果(熱浪、野火、洪水、饑荒……),那麼我們就該採用最快最有效的方式來抑制溫度上升的速度。講簡單點:要有針對甲烷的獨立戰略

甲烷有三個源頭,第一個就是生產能源,例如開採石油、煤炭跟天然氣的時候,甲烷就這麼外洩了。奧科表示雖然相較於石油跟煤炭,天然氣燃燒後排碳較少,但生產過程中造成的洩漏抵消了這好處。解決辦法超直白:把管線的螺絲上緊。問題是,哪裡的螺絲鬆了呢?過去難以監測,不知道哪裡洩漏,但現在可以透過物聯網、無人機、以及衛星來監測全球甲烷排放量。只要可以找到漏洞,就可以解決。

第二個源頭是廢棄物管理。大型垃圾掩埋場的生物腐爛、垃圾污水都會產生很多甲烷,但甲烷明明就是上等燃料,何不用管線吸走拿去用呢?另外,將廚餘分開拿去堆肥,也可以減少甲烷,許多國家包括台灣也都有沼氣發電廠。

第三個則是農業,在三大來源中佔比最大,不好對付,包括家畜(如牛)消化後打嗝跟放屁,不過她很興奮地指出,科學家發現,用特製的飼料添加劑,在牛的腸道內生成的甲烷可以降低 30%。牲畜的糞便尿液也會產生甲烷,用來來發電或供暖剛好。此外,全球半數人口仰賴的糧食作物水稻也是甲烷重要來源,但若改種植能在淺水生長的品種,調整供水方式,就可以降低大量甲烷生成。

結論再講一次:減碳很好,但要把二氧化碳跟甲烷分開,針對甲烷設定獨立的目標跟行動。要是執行得好,將能快速奏效,阻止最嚴重的災變後果,而且這些方案也能創造工作機會喔~

世界準備好解決氣候變遷了嗎?

Solomon Goldstein-Rose:How much clean electricity do we really need?|TED Countdown/YouTube

索羅門·高斯坦(Solomon Goldstein)11 歲的時候就成為一名氣候行動者,學習工程跟公共政策,22 歲就參選美國麻州議員並當選。2018 年他放棄競選,全力投入氣候議題,也寫了一本被認為最實際的氣候變遷解法書。他在演講裡提出一個關鍵數據:要在 2050 年達到淨零排放,世界需要生產當下清潔能源總產出 12 倍那麼多的能源,而不是很多人認為的 2.5 倍。

為什麼呢?根據他的計算,目前全球已經有 10 拍瓦時(petawatts hours)的電力來自於清潔能源,包括風光等再生能源跟核能。要是現在立即能增加 2.5 倍的清潔能源產出,就可以置換其他能源,但是……

第一,隨著全球電力化,例如各類電動車輛、以電力供暖等等,雖然用電的效率會更高,進而降低整體能源耗用,但吃電的設備變多,還是會需要更多電。如果要把現在還沒電動化的設備中的 60% 電動化,起碼需要 40 拍瓦時。

第二,世界上還有 7 億多人沒有電可以用、另外幾十億的人的用電很不穩,而改善這些人的生活,將降低貧窮、改善教育、經濟,跟降低過度生育,這就需要更多電力。那麼照 2050 年的發展預測,所需電力得從 40 拍瓦時再增加至 60 拍瓦時。

第三,有很多部分沒辦法電動化,例如長途海運、空運,部分工廠的製程等等。就算有碳捕捉、生物燃料等替代做法,也需要政府認真執行法規。而待過政治圈的他,明白政策很難做到百分百的現實,因此他估計得從 60 拍瓦時增加到 90 拍瓦時來當預備。

第四,除了「淨零」,也就是不繼續增加溫室氣體,我們還得「負碳」,就是把已經在大氣中的溫室氣體抓回來。因此他認為還得再加!從 90 拍瓦時增加到 120 拍瓦時。

更重要的是,要從現在的 10 拍瓦時增加到 120 拍瓦時,成長的曲線不能是一條直線連到 2050 年,而是該越快達到越好。他的野心非常大,目標不只是改變目前的電力系統,而是建造一個新的能源系統,不是要解決氣候變遷,而是打造更好的世界。老實說,高斯坦的論述對許多人來說可能太重也太巨大,但應該會擊中一些人的甜蜜點,特別是那些就喜歡解決大問題,賺大錢的人。(就是說你啊馬斯克)

透明公開的數據才能有效應對氣候變遷

Gavin McCormick:Tracking the whole world’s carbon emissions—with satellites&AI|TED Countdown/YouTube

溫室氣體到底是哪來的?哪些人類行為、在哪裡、為了什麼目的,製造出這些溫室氣體?要解決氣候變遷,得先知道這些問題對吧?但科學家知道的……其實很少?這種說法可能讓你覺得 WHAT THE F……?

Gavin McCormick 是 Climate TRACE 聯盟的共同創辦者,也是 WattTime 這家非營利新創組織的執行長,兩個單位的任務一致,就是要用衛星數據結合 AI 判讀,來偵測跟追蹤排放污染源的工廠。他之所以放大絕說「我們知道的很少」,是因為在大多數國家的大多數時候,排放的數據是請污染者自己回報的,怎麼回報呢?就手寫在白紙上這樣。這品質堪慮啊!

沒有好的數據,就沒有辦法真正解決問題。有圖有真相,眼見為憑,所以他與一群科學家、工程師、行動者合作,利用人工智慧視覺判斷工廠的衛星影像,這樣就不用去問排放者「你們排了多少啊?」。就像電腦學會判斷貓跟狗一樣,要讓演算法更準確,就得餵給機械足夠多、足夠好的資料來訓練,一部分是清楚正確的工廠排放數據,另一部分是這些工廠在不同時段的衛星圖像。除了煙囪,還可以透過衛星圖中工廠外海水的波紋,判斷工廠吸入多少海水來冷卻,聽起來十足黑科技。在我看來,這任務非常挑戰,但解法的確合理。

等等,如果這樣也行,那何不監看全地球的污染鏈、包括農業、陸上交通、海運…..?沒錯,Climate Trace 獲得高爾支持,應用已有的數千顆衛星源源不絕的高品質資料,結合大數據跟人工智慧技術,就做了這件事。McCormick 說,其實 Twitter 或 FB 等早就將這樣的技術用在判斷哪些網路迷因會紅,他們只是將技術用來判斷哪些污染源會讓地球過熱。

他認為這種激進的透明(radical transparency)對國際合作應對氣候變遷,達成減碳協議至關重要。畢竟談判最大的問題就是大家底牌不揭開,你說我排碳多,我說你減碳不夠,沒有共同的基礎。所以 Climate TRACE 接下來會把全地球、全排放源的排放量數據,都透明公開地提供出來,這聽起來很刺激,儘管公信力應該也會遭受一定挑戰,但我樂見其成。

關注氣候問題應從「我們的」角度出發

John Marshall:3 strategies for effectively talking about climate change|TED Countdown/YouTube

​​為什麼即使最了解狀況的科學家早就對氣候危機達成高度共識,認為改變迫在眉睫,不能拖延,大多數人卻還一知半解,行動遲緩,刻意忽略,甚至有少部分人群起反對?

John Marshall 是一位溝通專家,他成立的 Potential Energy 勢能,由媒體與行銷界中關心氣候變遷的人士所組成。說實在的,既然民意與政策受到媒體與行銷訊息影響,這領域的從業專家可能比科學家或政治人物更有機會改變局勢。他們要解決的問題就是發揮自身專業,讓大家聽懂、有感、肯行動。在 Potential Energy 的網站上,還串連了超過 200 家媒體與行銷公司,要一同改變氣候變遷不討喜、乏人問津的困境。

他在影片中指出,現在氣候變遷的討論參雜太多不具體、難以想像、不夠切身的名詞。例如淨零、碳稅、1.5 度 C、 500 億噸二氧化碳、排放、甲烷、人類世、去碳(decarbonization)……(我前面就寫了好多這些詞),那麼既然人們聽不懂,自然沒感覺,也不會在乎。

The Bottom Line on Climate Change:What You Need to Know in 30 Seconds/YouTube

相較於此,「臭氧層破了洞」的比喻卻很有效,也因此在當年讓蒙特婁議定書的執行更有利。Marshall 建議:別用暖化這個聽起來感覺溫溫柔柔蠻舒服的詞,用「過熱」吧!與其說氣候,不如說「極端天氣」更有感。與其說潔淨能源,不如說「便宜能源」,畢竟風力跟太陽光電在許多地方都已經比化石能源低廉。最後他還建議,與其用一直念著攝氏 1.5 度,不如改用華氏。這建議聽起來就很作弊了,針對美國人可能有效……吧。

除了用詞,如何呈現氣候議題跟溝通對象的相關性也很重要。例如若溝通對象是美國佛羅里達人,與其對他們喊「阻止全球暖化」,不如喊「不要淹水」(”local flooding is more important than global warming”)。另外,他也建議科學家可從個人角度來進行情感訴求,特別是那些研究氣候的女性科學家的故事。一般人跟科學家之間總有點隔閡,但當看到這些研究並關心氣候的科學家,娓娓道來自己只是希望孩子有個更好的未來的時候,特別能夠打動人心。他們甚至還有一個用「佛羅里達男子 Florida man」的梗做的影片,知道這個梗的觀眾肯定覺得很好笑。

Later Is Too Late To Act On Climate Change/YouTube

或許科學家受的訓練就是把觀察到的抽象化、壓縮成一般人聽不懂的術語,才覺得溝通起來有效率,但這卻不利於觸動人心。Marshall 提醒每個想要讓更多人關注氣候問題的人,從「我們的」生活、「我們的」現在、「我們的」價值、「我們的」孩子切入,避免打高空。這樣,人們才會覺得我懂了、這跟我有關、這跟我在乎的人有關、我願意行動。

當能源遇上政治時……

Al Gore:How to make radical climate action the new normal|TED Countdown/YouTube

高爾是誰應該不用我多介紹,他在這場演講中再次展現強大的演說能力,極富情緒張力,雖然有點政治造勢場合的感覺(畢竟是他本行)。在他的框架中,我們從工業革命、數位革命、進入「永續革命」。永續革命是要用數位革命給我們的速度,幫我們從工業革命的後果中逃出。

這場演講,分為三個部分,前三分之一,他用數據跟近幾年各地的極端天氣事件再次強調問題已經很嚴重,後果也是,我們不是在等待一個即將發生的巨大危機,而是已經在災難裡,而且這些災難的規模在過往根本難以想像。

中間三分之一,則是用數據與趨勢顯示「解法是什麼」。綠能的成本快速下降,例如在 2024 年,也就是距今兩年後,不管在地球的哪個地方,風力跟太陽能都會比傳統能源更便宜(這我存疑,要看一下怎麼算的)。儲能的市場正在指數級成長,鋰電池越來越便宜,2023-2024 年之間,主流的電動車售價將跟高效率的油車一樣便宜。然而石油與天然氣產業,儘管口口聲聲說增加了三倍的投資金額於再生能源跟碳捕捉,實際上只是從總投資中僅佔 1% 增加到 4.1%,96% 還是投資在化石能源上,塑膠等一次性用品是獲益的主要來源。

接下來三分之一,高爾開始進入重點,就是以「修正式全頻譜的資本主義」,取代現行問題叢生的資本主義。最重要的應該是這張圖:

圖/YouTube

他樂觀地指出,只要我們能達到淨零,氣候危機將可以被扭轉。氣溫將在 3-5 年內停止上升,而在 25-30 年內,半數人類製造的二氧化碳將離開大氣層(但前面的高斯坦有說到,得積極主動把碳抓回來,不能等那麼久)。最後他回顧歷史上各種人類進步的重要歷史節點來激勵觀眾,包括廢奴、婦女參政權、民權運動、反種族隔離運動、同性戀平權運動等。許多事情都曾經看起來不可能,直到被達成。「有人認為我們缺乏政治決心,但別忘了政治決心是可再生資源。」,真是很有力且扣合主題的結尾。

如果你有時間,當然很建議你把 2.5 小時的整個活動看完,唱歌吟詩說笑話的的部分我覺得也不錯啦。如果你跟我一樣,最近看了太多戰爭的消息,心情實在低落到不行,想知道自己還能多做些什麼來改變過度依賴化石能源的世界格局,透過這場 TED Coundown,除了深入瞭解淨零排碳的挑戰跟解法,應該也能替你的心靈充電。

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鄭國威 Portnoy_96
247 篇文章 ・ 647 位粉絲
是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。現為泛科知識公司的知識長。

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熱極生悲——全球暖化對熱帶珊瑚礁魚類的影響
Vicky Lin_96
・2022/03/09 ・3620字 ・閱讀時間約 7 分鐘

拜科技所賜,在氣溫越來越高的地球上,人類可以選擇躲進舒服的冷氣房內、吃著冰棒、喝著冰飲料來消暑。然而,海底的珊瑚礁魚們可就沒這麼幸運了,沒有冷氣可吹的牠們得做出一連串的改變來因應全球暖化,否則可能會因為無法適應節節升高的溫度而變得虛弱甚至是死亡。

是誰住在珊瑚礁裡?珊瑚礁魚!

珊瑚礁魚,顧名思義,是生活在珊瑚礁的魚類,牠們的食衣住行育樂都跟珊瑚礁脫不了關係。珊瑚礁對牠們而言就是一座大城市,組成珊瑚礁的一叢一叢的珊瑚就像城市裡一棟一棟的建築,提供了各式各樣不同的功能。

舉例來說,某些雀鯛、蝴蝶魚、蝦虎對珊瑚的依賴性非常大。雀鯛色彩鮮豔多變、經常成群結隊的悠遊在珊瑚上方,黃白黑相間的黑新刻齒雀鯛(Neoglyphidodon melas )便是其一,牠們在小時候以樹枝狀的石珊瑚為住宅,隨時都會待在附近,若有掠食者或其他危險接近時,牠們便會躲進這些珊瑚住宅裡(圖一)。

(圖一)有軟珊瑚的區域時常可以發現黑新刻齒雀鯛(Neoglyphidodon melas)的幼魚蹤影。圖片取自徐才烜

長大之後,除了體色變黑外,牠們不再像小時候只以浮游生物為主食,也會開始吃軟珊瑚或硨磲貝(Tridacna gigas)的糞便,在經過這些肥美的軟珊瑚和硨磲貝自助吧時總會忍不住地去咬一口。另一群時常穿梭在珊瑚叢中的蝴蝶魚也很喜歡這些珊瑚自助吧,像是川紋蝴蝶魚(Chaetodon trifascialis)、弓月蝴蝶魚(C. lunulatus)、和一點蝴蝶魚(C. unimaculatus)皆是以珊瑚蟲為主要的食物來源,在海中時常可以看見牠們啄食珊瑚的身影(圖二)。

(圖二) 川紋蝴蝶魚(Chaetodon trifascialis,左)、弓月蝴蝶魚(C. lunulatus,中)和一點蝴蝶魚(C. unimaculatus,右)成群在珊瑚礁間覓食。左圖取自徐才烜

相較於時常悠游在水層中的蝴蝶魚,大部分的蝦虎魚為底棲性,常常可以在各式各樣的珊瑚或岩塊上發現牠們,有些魚種對自己住的家非常挑剔,像是橘色頭黑色身體的棘頭副葉鰕虎魚(Paragobiodon echinocephalus),牠們只有約三公分大小,終其一生只會住在萼柱形珊瑚(Stylophora pistilliata)中,具有強烈的專一性。

相對於這些直接把珊瑚當家的魚種,有些種類則是間接地利用珊瑚所建構出來的複雜棲地。舉例來說,隆頭魚大多以蝦、蟹、貝類等底棲無脊椎生物為食,而這些底棲無脊椎生物在生長的過程中常常會利用珊瑚叢中的大小凹洞來躲避敵人,進而增加自己的族群量。

另一方面,游牧草食性魚類常常成群結隊的游過一片又一片的珊瑚礁,覓食生長在其中的藻類,有時候數量之龐大,蔚為壯觀,這類型的魚類對珊瑚的依賴性相較之下小很多,臭肚魚科或刺尾鯛科即是最佳代表(圖三)。

(圖三)刺尾鯛科的魚類時常成群在珊瑚礁裡覓食。

面臨全球暖化與珊瑚白化

一般而言,這些活在熱帶的珊瑚礁魚由於長期處在溫暖且穩定的環境,所以在面對溫度擾動大的環境時受到的影響也會比其他非熱帶的物種更大。近幾十年來,科學家已經觀察到許多珊瑚礁魚受到全球暖化的影響而造成生理、族群數量、以及族群分布上的改變。

大家一定都有站在高溫烈日下,身體不自覺地流汗,想喝水,想找陰涼處休息的經驗,如果再待得久一點,皮膚會漸漸地被曬黑甚至曬傷,這些都是人類面對高溫時會出現的生理變化。長期處在高溫的環境下的珊瑚礁魚也會有相對應的生理變化,來自澳洲的研究員多奈森(Donelson)等人在實驗室執行水缸的操作實驗後,發現多刺棘光鰓鯛(Acanthochromis polyacanthus)如果生長在攝氏 30 和 31.5 度的高溫環境下(這也是未來五十至一百年間其棲地預計暖化的溫度),其生殖量能會下降許多,不只母魚所產的卵會變小,公魚所產生的精子數量也會下降。

然而,這只是在實驗室針對一個魚種所做的實驗結果,但真正生長在珊瑚礁裡的魚類情況又是如何呢?

奧茲多奈特(Audzijonyte)等人在比對近三百多種珊瑚礁魚在澳洲三十年數量變化的資料後,發現某些長期處在高溫海水中的小體型珊瑚礁魚的體長有縮小的趨勢 ,而這個改變可能會連帶地牽動到當地的食物網結構。

無論是生殖量能下降或是體型變小,都有可能間接地影響到其族群量的變動。這些生理現象的改變或許能解釋為什麼王(Wang)等人在比對了全球魚類的資料後,發現珊瑚礁魚的族群成長率在暖化的狀況下普遍有變慢的趨勢。 這些魚類生理上的改變看似細微,卻極有可能會在海中造成一連串的蝴蝶效應,所以不容忽視。這些個體特徵的微小改變,極有可能會連帶影響到魚類族群及結構的狀況,進而對整個海洋生態系造成衝擊。

熱帶地區由於海溫逐漸升高,珊瑚大規模白化的事件越來越頻繁(圖四),珊瑚白化指的是珊瑚在溫度過高的狀況下會失去在其體內的共生藻,進而露出白色的碳酸鈣骨骼,這些白化的珊瑚會變得更衰弱,而往往隨之而來的就是死亡。

可以想見,珊瑚大規模白化對珊瑚礁魚而言簡直是一場大災難,尤其對那些對珊瑚賴以維生的珊瑚礁魚種而言,不只平常住的家沒了,每天都會去光顧的餐廳更是一家一家的倒閉,白化後僅存的慘白珊瑚骨骼彷彿在暗示著那些珊瑚礁魚接下來的悲慘命運。

(圖四) 2020年台灣發生大規模的珊瑚白化事件,圖為新北市鼻頭角公園內珊瑚白化的狀況,有些珊瑚已經死亡並且開始被藻類覆蓋。圖片取自徐才烜。

生活在同一片海洋,命運卻大不同

根據澳洲科學家胚查(Pratchett)所帶領的團隊發表的回顧報告顯示,某些雀鯛或蝴蝶魚在經歷珊瑚大白化後的一到三年內,族群數量都會大幅度地下降,有些魚種甚至在當地再也找不到了。若再將時間軸拉的更長,在珊瑚大白化發生後的十年內,珊瑚死亡後所留下來的碳酸鈣骨骼會漸漸地崩解,珊瑚礁的棲地複雜度也隨之下降,棲地環境的品質也逐漸劣化。此時,那些間接利用珊瑚礁棲地的魚類數量便會逐漸變少。

相較之下,另一群游牧草食性魚類的命運則是截然不同,甚至可以說是如虎添翼。珊瑚的死亡使得牠們原本生長的空間空了下來,而藻類則會趁機佔領這些空地並大量生長,這些藻類便成了那些草食性魚類的另一個新開幕的自助吧餐廳,所以用中樂透來形容這些草食性的魚類一點也不為過!

在全球暖化的影響下,這些草食性魚類不只受惠於熱帶珊瑚礁的棲地劣化,牠們的族群分布也漸漸地往溫帶擴張,為什麼會這樣呢?

來自澳洲的研究員芙潔斯(Vergés)等人觀察了數十年澳洲西岸熱帶和溫帶交界地區的魚類群聚變化,發現在全球暖化的影響下,這裡的海溫也不意外地逐年上升,這使得當地熱帶魚種占所有魚種的比例逐年升高。不僅如此,牠們的數量也是節節攀升。而其中數量增加最多的魚種之一便是游牧性的草食性魚類 ── 褐籃子魚(Siganus fuscescens)(圖五)。

(圖五)澳洲溫帶與熱帶交界海域數量快速增加的熱帶性魚種─褐籃子魚(Siganus fuscescens),在台灣海域也很常見,俗稱臭肚魚。

海洋熱帶化的省思

除了溫度升高使得新的棲地變得比以前更適合褐籃子魚生長之外,交界區沿岸豐富的海藻森林也提供牠們源源不絕的食物,有了舒服的新家和美食,有誰不想繼續待著呢?

上述這個現象被稱為「熱帶化」,表示一地的生物群聚組成因為全球暖化的關係使得熱帶性物種的種類或數量變得比以往更多。熱帶化不只在澳洲出現,近年來也在日本、地中海、加勒比海等地頻繁地被觀察到,這表示全世界的熱帶珊瑚礁魚類,甚至是溫帶沿岸的魚類,無一倖免的都受到了全球暖化的影響。

全球氣候變遷引起的海水暖化已經影響了許多珊瑚礁魚類,有的魚種因此命運乖舛,但也有的魚種因此飛黃騰達,這些魚的不同命運交織在一起進而改變了海洋生態系統。

這些已經發生的改變能不能恢復仍是個未知數,但可以確定的是,這些改變已經漸漸地衝擊到珊瑚礁生態系的功能(包含漁業、觀光等),並進一步地影響到沿岸居民的生活。面對這個全球尺度的變化,人類沒有樂觀的本錢,除了要竭盡所能地降低暖化速度外,海洋保育相關的政策也應考量全球暖化可能帶來的衝擊,使全球暖化對珊瑚礁生態系或人類的衝擊降到最低。

參考資料

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  2. Donelson JM, Munday PL, McCormick MI, Pankhurst NW, Pankhurst PM (2010) Effects of elevated water temperature and food availability on the reproductive performance of a coral reef fish. Mar Ecol Prog Ser 401:233-243. https://doi.org/10.3354/meps08366
  3. Froese R, Pauly D (2020) FishBase (accessed on 25 April 2020), World Wide Web electronic publication 
  4. Garra S, Hall A, Kingsford MJ (2020) The effects of predation on the condition of soft corals. Coral Reefs 39:1329-1343. 
  5. Pratchett MS, Munday PL, Wilson SK, Graham NAJ, Cinneri JE, Bellwood DR, Jones GP, Polunin NVC, McClanahan TR (2008) Effects of climate-induced coral bleaching on coral reef fishes – Ecological and economic consequences. Oceanogr Mar Biol Annu Rev 46:251-296. 
  6. Wang HY, Shen SF, Chen YS, Kiang YK, Heino M (2020) Life histories determine divergent population trends for fishes under climate warming. Nature Communication 11:4088. https://doi.org/10.1038/s41467-020-17937-4
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Vicky Lin_96
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熱愛海洋,尤其是海洋生物。 關心海洋汙染、保育等相關議題。 國立台灣大學海洋研究所博士候選人。 潛水、抱石、 🍻。

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IPCC最新氣候變遷報告說了什麼?更熱的地球與更脆弱的人類
台灣科技媒體中心_96
・2022/03/03 ・3926字 ・閱讀時間約 8 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

氣候變遷衝擊面向更廣,台灣準備好了嗎?

正當全球關注俄羅斯與烏克蘭的戰事發展時,昨(2/28)日聯合國氣候變遷專門委員會(IPCC)發布了最新氣候變遷第六次評估報告第二冊《衝擊、調適與脆弱度》(AR6 Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability),再次呼籲各界積極應對氣候變遷衝擊,並立即展開應對政策與調適行動。

該重量級報告指出,人類活動引起的氣候變遷現象,已在世界各地造成極大負面衝擊與不可逆的環境危機,危及大量的陸地與海洋物種生存,目前已有多達 33~36 億人口生存在易受氣候變遷衝擊的脆弱環境中,且氣候變遷影響不僅止於生態物種,更危及人類社會的糧食、水資源、都市及健康問題。

台灣多位專家隨之呼籲,許多過去未被注意到的風險,如心理健康、土木工程都可能遭受衝擊,台灣應重新盤點、反思各領域可能的衝擊與調適策略,以因應不斷變動的氣候變遷衝擊。近年當紅的「自然解決方案(Nature-based Solutions, NbS)」,也首次被納入 IPCC 科學報告,值得相關當局關注。

為協助台灣社會掌握最新氣候發展脈動,台灣科技媒體中心偕同財團法人台達電子文教基金會,於報告發表隔日公開本次報告完整的決策者摘要(SPM)中文翻譯,以及台灣專家回應觀點,協助相關單位制訂更適切的氣候變遷調適策略。

這份重量級報告指出,人類引起的氣候變遷,已在世界各地造成極大負面衝擊與不可逆的環境危機。圖/envato elements

第六次報告強調的重點為何?

台灣科技媒體中心舉辦記者會,邀請台灣大學生物環境系統工程學系教授童慶斌、中央大學水文與海洋科學研究所教授李明旭、銘傳大學都市規劃與防災學系副教授石婉瑜解析這份重量級報告。這份報告是整個第六次評估報告(AR6)中的第二份,關注氣候變遷造成的衝擊、風險與人類的調適發展。

IPCC 再次呼籲,應對日益增加的氣候變遷風險應即時行動。相較於第五次評估報告,本次更強調,只要升溫超過攝氏 1.5 度,對生態或是人類系統的風險將大幅升高;而且升溫越多,人類將越無法調適。

童慶斌回應報告提到的風險,指出我們應該找出具有一致性與標準性的國家評估方法、建立可靠的科學證據;並根據 AR6 氣候情境,來評估台灣未來氣候變遷下的危害地圖,才能依此做出好的調適。同時標準化的評估方法,有助於不同層級、部門一起協力,建立夥伴關係,應對個別部門很難單一處理的跨領域風險。進一步形成跨部會、跨層級的公私協力夥伴關係,並考量永續發展目標。

童慶斌也提醒「衝擊與調適」在不同部門之間可能互斥,也可能互利。例如農業部門、民生部門、工業部門都會同時面對缺水問題,目前遇到這個問題,台灣是將農業用水調給民生工業部門,但這會與糧食安全互斥。另一面向,當我們面對淹水的問題,處理好淹水也會同時減少病媒蚊滋生的環境,與公共衛生領域共利。

李明旭則指出,這次報告與第五次評估報告的最大差異,是強調全球暖化超過攝氏 1.5 度將產生的額外嚴酷風險。報告特別提醒調適與減緩之間,需要更好的權衡,並避免導致「不適當的調適」,而不適當的調適可能在解決一個氣候風險問題之後,產生新的衝擊問題,甚至進入高脆弱度、暴露與風險的困境。

這次報告強調全球暖化超過攝氏 1.5 度將產生的額外嚴酷風險。圖/envato elements

6個氣候變遷即將帶來的衝擊

1. 從氣候變遷觀察到的衝擊:

人為引起的氣候變遷,包括更頻繁、劇烈的極端天氣事件,對自然和人類造成廣泛的負面影響,且其造成的衝擊,可能超過人類與自然可調適的範圍。

a.     生態方面

全球評估大約一半的物種已經向極地或更高海拔的地區移動。極端高溫造成數以百計的物種損失,以及陸地及海洋大規模生物死亡的事件。有些生態損失是不可逆的,例如已滅絕的物種;有些衝擊接近不可逆的狀態,例如冰河退縮導致的水文變化。

b.    人類社會

(a)  糧食與水的安全首當其衝。中低緯度地區受到較大的負面衝擊,致使數百萬人面臨嚴重糧食不安全。水產養殖與漁業也受到負面影響。

(b)  人類身體與心理健康的不利影響。例如:極端高溫導致人類死亡、提升發病率;擴大病媒蚊傳播範圍;極端天氣事件造成心理創傷等。

(c)   在城市中,主要的衝擊集中在經濟與社會弱勢的居民。此外關鍵基礎設施,如交通、水、能源系統,也正在受到極端天氣事件的影響。

報告中觀察到,全球評估大約一半的物種已經向極地或更高海拔的地區移動。圖/envato elements

2. 生態系統與人類的脆弱度和暴露:

a.     生態

全球僅不到 15% 的土地、21% 的淡水、8% 的海洋屬於保護區,且多數保護區缺乏降低氣候變遷影響的管理制度。預計世界上大部分的森林、珊瑚礁和低窪沿海地區,會受氣候影響而退化或損失。

b.    人類社會

大約 33-36 億人生活在極易受到氣候變遷影響的環境中。西非、中非、東非、南亞、中南美洲、小島嶼國家、北極地區是人類高度脆弱的熱點。

大約 33-36 億人生活在極易受到氣候變遷影響的環境中。圖/envato elements

3. 近期(2021-2040)風險:

在近期全球升溫就可能達攝氏 1.5 度,將會造成多種氣候災害增加。在近期自然和人類系統的氣候風險,取決於脆弱度與暴露程度,而非排放情境。與暖化加劇的情境相比,將升溫限制在1.5度可以大幅減少自然和人類的損失,但不能完全消除。

4. 中長期(2041-2100)風險:

2040 年後,氣候變遷的風險與全球暖化的程度高度相關。

a.     生態

估計在全球升溫攝氏 1.5-2 度間,生物多樣性熱點地區的特有物種的滅絕風險至少翻倍;如果升溫幅度為攝氏 1.5-3 度,則至少增加 10 倍。

b.    人類社會

在中長期所有評估中,暖化程度越高,可使用的水資源風險及水有關的危害程度越大;糧食生產和取得的壓力增加;熱浪的暴露人口持續增加;城市、關鍵基礎設施的風險增加,預計如果全球平均海平面相較於 2020 年上升 0.15 公尺,遭受百年一遇洪災的人口會增加 20%。

5. 氣候變遷的衝擊與風險越來越複雜、越來越難以管理。

多種氣候災害同時發生,且氣候與非氣候的風險交互作用,將導致新的衝擊與風險。

6. 暫時超出攝氏 1.5 度的風險:

目前的推估模型對於這個路徑的評估有限。但暫時超過攝氏 1.5 度仍會造成部分低恢復力的生態系統,如極地、山區、沿海生態系不可逆的影響。

我們該如何提高氣候韌性?

報告中,針對氣候韌性提出四大重點:

  1. 各個國家地區基於資源、脆弱度、文化價值的差異,選擇不同的排放情境,導致實現氣候韌性發展的機會之窗正在迅速縮小。
  2. 當政府、民間社會和私部門做出以減少風險、公平和正義為優先的發展選擇,且決策過程與資金都有跨部門的合作,最可能實現氣候韌性發展。
  3. 鑑於氣候變遷對生態系統與生物多樣性的威脅,保護生物多樣性與生態系統,是發展氣候韌性的基礎。
  4. 毫無疑問,氣候變遷已經擾亂自然與人類系統。未來十年採取的社會選擇與行動,決定了在中長期路徑上氣候韌性的高低。重要的是,如果當前不迅速減少溫室氣體排放,特別當升溫超過攝氏1.5度,氣候韌性發展的前景,將會越來越有限。

李明旭認為,這份報告不斷提到「包容式的治理過程」,強調資訊公開、決策透明。同時需建立夥伴關係、減少調適的軟性限制,透過政策工具與組織制度,建立促進調適發展的重要基礎。同時這次的報告強調「未來十年,人類的行動將會決定未來我們要面對多少風險」,且與 2030 永續發展的目標緊密扣連。

石婉瑜提到與過去相比,AR6 採用新的框架評估與討論氣候風險。從人類社會、自然生態與氣候,三個系統的依存關係與交互作用,尋求達成氣候韌性的方法。石婉瑜指出,傳統的系統經常造成「不永續」與「氣候變遷」,因此這份報告強調人類與生態系統的永續、公正轉型,以及各種系統的創新轉變。

圖/envato elements

石婉瑜強調都市化是全球的趨勢,全球大部分的人口居住在都市中,而越來越多的城市暴露在高氣候風險之下,因此「城市」的氣候科學與調適已經是 IPCC 的關注焦點。石婉瑜認為報告中所指不當調適、災害風險不均、氣候正義問題,值得決策者重視,且須納入各類知識與族群參與規劃。此外以生態系統為基礎的「自然解方」,首次被納入 IPCC 報告的城市調適策略,未來台灣規劃調適策略與氣候韌性路徑時,也應列為核心考量。

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