2022年03月07日 10:00
【科學快訊】
在冰天雪地的南極，有兩種小花正在茁壯生長。然而這對研究者來說卻不是什麼好事——這隱含著破壞南極生態平衡的風險。與此同時，隨著更多的人慕名前往南極，一種危險的「同行者」也被帶來了。
撰文 | 二七
審校 | Clefable
在冰天雪地的南極洲，大部分地區一年到頭都被冰雪覆蓋，只有不到1%的地方有土壤或岩石裸露出來，可供植物生長。這樣的無冰區主要分佈在南極半島附近。但即使在這樣看似「生命禁區」的南極，也開著花。
南極奧克尼群島的西格尼（Signy）島，這裡的年平均氣溫只有-3.5攝氏度，最低氣溫能達到零下幾十度，大部分割槽域常年被冰雪覆蓋。然而，就在這樣一個冰雪小島上，生長著南極洲僅有的2種開花植物（被子植物）——南極發草（Deschampsia antarctica）和一種南漆菇Colobanthus quitensis。
南極發草是禾本科發草屬的一種植物，往往在苔蘚旁邊或是岩石縫裡才能找到它。乍一看，南極發草和我們路邊也能見到的禾本科小草很像——葉子很細，綠生生的，往各個方向伸出來。但它其實非常堅強：它們長有複雜的根系，深深地扎進土壤裡，這讓南極發草能輕鬆地吸收水分和養分，並且牢牢固定在棲息地中。
相比「瘋長」的南極發草，南漆菇屬的Colobanthus quitensis就顯得圓潤可愛許多。它乍一看完全不像一棵被子植物，反而像是一朵苔蘚。等到夏天，它會從毯子一樣的葉片中支稜出一朵朵風鈴形狀的黃色小花。可能正是因為花朵的形態，它還有一個俗名叫「南極珍珠草」（Antarctic pearlwort）。
義大利米蘭大學和英國南極調查組的研究者格外關注這些小小的植物。2018年1月，研究者登上了西格尼島，耗費近3個月完成了一次詳細的植被調查。在這裡，曾建立了英國第一座南極科考站。多虧於此，研究者獲得了從1960年以來，這座小島地形地貌、氣候和植被變化的詳細記錄。
結果顯示，這兩種小花在過去10年間彷彿「開了掛」。1960-2009年，南極發草的分佈面積每十年平均增長了約21%，但在2009-2018年，這一數字提升到了28%。南漆菇在近10年間的擴張速度更是驚人，從1960-2009年平均每十年不到7%的增長率，飆升到了2009-2018年的154%，直接翻了22倍。
南極發草（上）和南漆菇（下）分佈範圍的變化，從左至右依次為1960年、2009年和2018年，圖中的點代表植物出現的位置，綠色代表該地區不受海狗影響，紅色代表受海狗影響。（圖片來源：原論文）
研究者的擔憂
對這兩種植物來說，「領土」擴張當然是件好事。然而看到這一幕後，研究者的心情卻輕鬆不起來——在南極花開更多的背後，是當地氣溫的加速上升。記錄顯示，在1960-2011年，西格尼島的年平均氣溫每年平均只上升0.02℃。然而在2011-2014年的異常降溫事件後，這裡的年平均氣溫開始急劇上升，年平均升溫0.25℃。單看夏季的氣溫，加速上升的趨勢也很明顯。1960-2011年，50年間氣溫共增加了約1.2℃。但從2012年開始，僅僅7年內，夏季平均氣溫就增加了0.9℃。
這樣的溫度變化趨勢完美匹配了兩種開花植物的擴張速率。但研究者也在考慮另一種因素的影響——海狗的影響。海岸邊的海狗會「踩踏」這兩種植物，影響它們的生長和傳播。或許是近10年來海狗種群數量下降給了它們更多生長的空間。
因此，研究團隊進一步對比了多種因素對這兩種植物的影響有多顯著。他們得出結論，「這些植物顯著擴張是由夏季變暖和海狗種群數量減少同時導致的，」研究者在論文中寫道，「在北半球的許多地區，尤其是歐洲，也發生過類似的現象。但就像這裡一樣，主要驅動力是氣候變化。」
除了氣溫升高，研究者的另一個擔憂是，這些植物的快速擴張會使這裡的生態系統更加脆弱。從整個地區生態系統的角度看，「這樣的變化給入侵物種提供了‘立足點’，讓它們更容易侵佔這裡的生態位。最終很可能會導致不可逆轉的生物多樣性損失。」研究者擔心，「我們的研究結果證明，進一步的變暖很可能將使南極脆弱的生態系統發生重大變化。」
黑色「同行者」
這個訊息或許會引發一些人的擔心：如果不趁早去一趟，是不是就看不到「原汁原味」的南極了？但事實是，人類的到訪或許正在加速南極的毀滅。
《南極條約》中，嚴格規定了南極地區人造垃圾的處理要求：無論是遊客還是科研工作者，都不能將垃圾（包括人類糞便）留在南極。糞便等垃圾會被焚燒，燒出來的灰和另外一些無法焚燒處理的垃圾，會被打包帶離南極洲（一般是帶回國）統一處理。然而仍有一些廢物並沒這麼容易清理。即使是在這麼嚴格的管理下，到達南極的人類也帶來了意想不到的「同行者」——黑碳。
含碳的物質（比如石油、煤炭和木材）不完全燃燒後就會釋放出大量黑碳。它最大的特點和對南極的危害已經寫在名字裡了：黑。我們都知道黑色會吸熱：乾淨的雪面反射率是很高的，然而一旦黑碳落到雪層表面，就會大幅降低雪面的反射率，或者說，雪會吸收更多的太陽輻射，進而加速融化。
如果你去看大雪後的地面，即使不特別剷雪或是撒融雪劑，也是道路上的雪比草地上的雪更快融化。這也是同樣的道理：行人和交通工具留下的深色印跡降低了雪面的反射率，或者說顯著增加了雪面吸收太陽輻射的能力。
那麼這些黑碳是哪來的呢？在世界其他地方，森林火災和人類活動會釋放大量的黑碳。這些黑碳進入大氣後，會形成氣溶膠，傳播到很遠的距離。比如2019-2020年的澳大利亞叢林大火釋放的黑碳，就幾乎傳播到了世界各地。
2019-2020澳大利亞大火對全球大氣的影響。圖中不同顏色代表了不同型別的氣溶膠，包括粉塵（橙色），硝酸鹽（粉色）和碳質氣溶膠（紅色），顏色越亮代表濃度越高。（影片來源：NASA）
但是，南極洲本身距離其他地區就比較遠，還缺少經向的風吹來空氣汙染物。南極洲就像是自帶一層屏障。但問題是，這個屏障如今也被人類活動強行侵入了。
人類在南極洲的生活和行動需要大量機器的支撐，無論是飛機、卡車，或者是柴油發電機，還有用來取冰芯的鑽孔裝置，都會燃燒燃料。這時，就會釋放出微小的黑碳顆粒。
一人83噸雪
針對這個問題，荷蘭格羅寧根大學的研究者在南極半島北部採集了雪樣，並且檢測了其中的黑碳濃度。他們取樣的路徑長達2000千米，包括了遊客活動最為密集的幾個地點，比如大多數遊輪會停靠的南設得蘭群島和帕默群島；以及多個科考站附近。當然，他們也前往了一些人跡罕至的區域，採集到了或許沒有被「汙染」的樣本。
結果顯示，在那些遠離人類活動的地區，每克雪裡約有1納克（10億分之一克）黑碳。然而在所有人類聚集區附近的樣本中，黑碳濃度都明顯更高——顯然，這代表人類活動就是這些黑碳的來源。比如，在南設得蘭群島的北部，黑碳的濃度在3~5ng/g，南部的黑碳濃度則有4-7ng/g。黑碳濃度最高的樣本，採集自阿根廷埃斯佩蘭薩站東南方2千米遠的地方，達到了8ng/g。
研究者估計，2016-2020年，平均每年的旅遊季有53000名遊客抵達南極洲。根據國際南極旅遊組織協會（International Association of Antarctica Tour Operators，IAATO）的統計，2019-2020年約74000名遊客前往南極洲。而南極洲的70多個科考站點更是容納了幾千名研究者。
進一步估計顯示，在黑碳濃度較高的地區，每年夏季，黑碳會讓積雪減少5~23毫米。而平均到每位遊客貢獻的黑碳量，會導致約83噸積雪融化。而科研活動導致的排放量甚至更大，平均到每位研究者，融雪甚至能達到幾百噸。
黯淡的未來？
好訊息是，即使是4ng/g，也基本低於全球其他地區雪層中的黑碳濃度。但壞訊息是，正在影響南極雪層反射率的不止黑碳，還有灰塵、藻類等深色物質。如果你還記得，我們2020年一篇標題為《南 極 綠 了》的文章，就討論了南極雪生藻類對當地環境的影響——綠藻和紅藻的爆發也能加速地表升溫，讓雪化得更快。
2021年8月，在一項發表於《地球物理學研究快報》的研究中，作者利用大熊湖太陽天文臺（big bear solar observatory）的觀測結果，發現1998-2017年地球的亮度，或者說反射率顯著下降。研究者認為，這是氣候變化對雲層的影響導致的。
如果你問我為什麼關注氣候變化，那這可能是答案之一：希望在南極雪層和地球表面之後，下一個黯淡的，不會是人類的未來。
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