“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到，2024年1月一項發(fā)表在《地球物理研究通信》期刊上的研究，利用格陵蘭島的冰芯，揭示了北極地區(qū)過去850年來的氣候和生態(tài)變遷。該研究由美國沙漠研究所的桑德拉·布魯格博士等人進行，他們通過對冰芯的分析，尤其是中世紀(jì)暖期和小冰期時期的花粉記錄，探討了氣候與人類活動在北極高緯度地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)變化中的作用。
【關(guān)鍵數(shù)據(jù)】
該研究利用南格陵蘭冰芯及大氣模型，揭示了東加拿大針葉混交林在氣候變化與人類活動影響下的850年變遷。1400年左右，小冰期使針葉樹花粉增加，但1650年后，隨著小冰期和商業(yè)森林開發(fā)，針葉樹花粉明顯下降。1760年后，氣候與人類活動共同塑造了北極生態(tài)系統(tǒng)，從氣候調(diào)控向人類控制的轉(zhuǎn)變成為明顯趨勢。
1760年后，冰芯中出現(xiàn)明顯的花粉變化，標(biāo)志著小冰期冷卻和人類活動的生態(tài)后果。這些超區(qū)域變化與當(dāng)?shù)赜涗浺恢?，證明人類對北方森林的影響在過去幾個世紀(jì)內(nèi)不斷加劇，表明氣候調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)逐漸演變?yōu)槿祟惪刂啤?/p>
繁忙的授粉昆蟲。攝影：劉茂勝（綠會BCON專家）
花粉紀(jì)事：850年氣候與人類活動的數(shù)據(jù)解密
研究團隊使用先進技術(shù)，從2011年在格陵蘭島2120米海拔處提取的冰芯中分離出花粉。在400倍放大的光學(xué)顯微鏡下，研究人員對單個花粉顆粒進行了計數(shù)和鑒定，其中包括了人類活動的關(guān)鍵標(biāo)志——燃燒化石燃料產(chǎn)生的球形碳質(zhì)顆粒。
在冰芯中，研究團隊發(fā)現(xiàn)了111個花粉分類單元，其中許多是單次出現(xiàn)的，這表明，高海拔冰芯對風(fēng)吹來的花粉顆粒和其他氣溶膠的廣泛記錄。北極針葉樹的花粉包括松樹（Pinus）、云杉（Picea）、冷杉（Abies）和落葉松（Larix）等，而豚草（Ambrosia）則被用作景觀擾動的指標(biāo)。
研究結(jié)果顯示，在中世紀(jì)暖期向小冰期過渡時，北極地區(qū)的森林花粉發(fā)生了明顯變化，包括松樹、云杉、冷杉和樺樹。其中，松樹的大量增加引起了研究人員的關(guān)注，因為松樹是先鋒物種，是最早定居相對貧瘠的景觀的植物之一，可能在小冰期開始時擴展到干涸的濕地。
圖片上圖：白翅交嘴雀（英文名：Two-barred Crossbill，學(xué)名：Loxia leucoptera），是雀形目燕雀科交嘴雀屬的鳥類。分布于歐洲、阿拉斯加、加拿大、俄羅斯、日本以及中國東北等地，是多見于山區(qū)森林的鳥類，多棲于山地針葉林及針闊混交林中。攝影：郭耕 ?綠會融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）
然而，隨著時間的推移，盡管小冰期條件持續(xù)，但北極地區(qū)的針葉樹花粉比例下降。布魯格博士及其同事認(rèn)為，這不是氣候的結(jié)果，而更可能是人類活動，如開發(fā)森林用于取暖和農(nóng)業(yè)，對北極生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了更為顯著的影響。
上圖：南格陵蘭（ACT11d）和中格陵蘭（Eurocore）的花粉沉積情況。（a）用一個箱子圖總結(jié)了20世紀(jì)的花粉沉積，圈出了Eurocore可能有問題的最上面的樣本。（b）在20世紀(jì)樣本中，花粉譜按功能和主要植被類型分組。（c）根據(jù)FLEXPART傳輸模型模擬，顯示了加拿大東部（Eckhardt等人，2017; Pisso等人，2019; Stohl等人，2005）松樹開花季節(jié)（MJJ）的排放敏感性地圖。圖片來源：Sandra O. Brugger et al
在小冰期結(jié)束后，隨著氣候變暖，研究團隊并未觀察到北極針葉樹的顯著增加，與單純由氣候調(diào)控的景觀可能期望的不同。相反，持續(xù)的多年凍土、濕地擴張和人為導(dǎo)致的砍伐，可能導(dǎo)致了松樹豐度的降低。
這項研究對于理解北極生態(tài)系統(tǒng)的演變至關(guān)重要，尤其是在氣候變化迅速改變北極地區(qū)的今天。研究人員指出，氣候變暖將引發(fā)一系列反饋機制，如冰雪反照率，可能導(dǎo)致高緯度地區(qū)的干旱加劇，進而增加森林火災(zāi)和生物質(zhì)燃燒的風(fēng)險，進一步加劇全球變暖。這也意味著我們的北極森林很可能無法恢復(fù)到中世紀(jì)暖期和現(xiàn)代工業(yè)化之前的繁榮狀態(tài)。
海洋與濕地·小百科
小冰期
小冰期（Little Ice Age）是指自14世紀(jì)中葉到19世紀(jì)中葉期間，全球范圍內(nèi)氣溫相對較低的時期。雖然這個時期的寒冷并非全球性一致的，不同地區(qū)的氣溫變化存在差異，但整體上表現(xiàn)為寒冷和潮濕的氣候。小冰期期間，歐洲、北美和其他地區(qū)都經(jīng)歷了寒冷的冬季和短暫的夏季，導(dǎo)致冰川擴張、農(nóng)業(yè)減產(chǎn)以及社會經(jīng)濟影響。這一時期的確切原因仍在研究中，可能涉及太陽活動減弱、火山噴發(fā)引發(fā)的大氣氣溶膠增加等多種因素。
小冰期對人類造成了嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)和社會影響。由于寒冷潮濕的氣候，農(nóng)作物減產(chǎn)，饑荒蔓延，社會動蕩不安。資源的爭奪引發(fā)了沖突和戰(zhàn)爭，加劇了人類的困境。此外，寒冷的環(huán)境也為疾病傳播創(chuàng)造了條件，使得疾病流行更加嚴(yán)重，給人類社會帶來了巨大的生存壓力。這一時期的挑戰(zhàn)，深刻地影響了人類社會的發(fā)展和演變。
花粉與科研
花粉是植物生殖過程中的微小顆粒，主要由植物雄蕊產(chǎn)生，通過風(fēng)、昆蟲或其他載體傳播到植物雌蕊，完成授粉過程?；ǚ弁ǔ：兄参镞z傳信息，對植物繁殖至關(guān)重要。
在科學(xué)研究中，花粉也常被應(yīng)用于古氣候、生態(tài)學(xué)和考古學(xué)等領(lǐng)域，通過分析花粉沉積層可以還原過去的植被、氣候和環(huán)境變化。作為研究中的一種有力的工具，花粉可以幫助科學(xué)家們還原過去的環(huán)境變化和人類活動的歷史，為我們更好地理解生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)提供了重要的線索。通過分析花粉的種類和數(shù)量，科學(xué)家們能夠還原過去的植被變化、氣候波動、土地利用歷史以及生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)。
人類活動，如森林伐木、農(nóng)業(yè)擴張和城市建設(shè)，會改變植被結(jié)構(gòu)和種類。通過分析花粉的種類和含量變化，可以推斷出植被源地的變化，進而了解人類活動對自然環(huán)境的影響。氣候變化也會影響植物的分布和花粉的產(chǎn)生。通過研究花粉在不同時期的沉積情況，可以得知過去氣候的變化，包括溫度和濕度等因素。花粉記錄可以提供土地利用歷史的信息。人類的農(nóng)業(yè)活動和土地利用方式會影響花粉的種類和數(shù)量，從而反映出人類對土地的利用模式。此外，人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響，往往會導(dǎo)致植物種群的變化。通過花粉記錄，可以觀察到植物群落的演變，揭示人類活動對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響。
繁忙的授粉昆蟲。攝影：劉茂勝（綠會BCON專家）
思考題 | 舉一反三
Q1. 小冰期對加拿大東部森林的生態(tài)影響是怎樣的？為何在該時期森林中松樹花粉會急劇增加？
Q2. 1760年后發(fā)生的顯著花粉變化是否與氣候冷卻和人類開發(fā)直接相關(guān)？這對當(dāng)代北方森林的生態(tài)有何啟示？
Q3.人類對北方森林的影響逐漸加劇，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)由氣候調(diào)控向人類控制轉(zhuǎn)變。這一趨勢對未來北方森林的可持續(xù)性有何重要性？格陵蘭冰芯的研究如何為我們理解全球氣候變化、森林生態(tài)動態(tài)以及人類活動的長期影響提供新的視角和見解？
END
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新聞源 | 地球物理研究通信
編譯 | 王芊佳
審核 | Linda
排版 | 綠葉
【參考資料】
Sandra O. Brugger et al, Pollen in Polar Ice Implies Eastern Canadian Forest Dynamics Diverged From Climate After European Settlement, Geophysical Research Letters (2024). DOI: 10.1029/2023GL105581
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023GL105581
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