地球上最重要的碳汇之一正在摇摇欲坠。我们能拯救它吗？

气候变化否认者喜欢指出 当二氧化碳水平上升时，植物会茂盛生长。他们认为，当我们燃烧化石燃料时，地球将变得更加绿色，比现在更加支持生命，吸收更多的碳——那么，还有什么大惊小怪的呢？

正如误导性论点经常出现的情况一样，这里也有一定的真实性。几十年来，森林和草原等陆地生态系统一直在快速发展，总体而言，从地球大气中吸收了大量二氧化碳。

然而，20 世纪 60 年代发现土地是碳的净吸收器或碳汇，这让生态学家们大吃一惊，他们原本预计每年从大气中吸收的二氧化碳会通过分解或燃烧来平衡。 “不应该有水槽。一切生长的东西都会死亡，”斯科特·丹宁说，科罗拉多州立大学的大气科学家。

从历史上看，这一意想不到的礼物已经消除了人类每年产生的二氧化碳排放量的四分之一到三分之一——在某种程度上遏制了气候变化，直到我们齐心协力采取行动。但气候否认论者的推理中缺失的一环是，这种碳汇不可能永远持续下去。气候变化造成的生态冲击加上地球的物理极限将导致其在本世纪的某个时候达到饱和。

令人担忧的是，有迹象表明我们已经达到了这一点。 2023年和2024年，陆地碳汇似乎 几乎全部消失了。研究人员现在正在仔细研究从北极苔原到热带雨林的不同环境如何促成这种微妙的平衡变化。他们希望了解这是否真的是地球陆地碳汇的终结，以及可以采取哪些措施来维持它。

陆地碳汇

你可以把这个水槽想象成一个大游泳池。池中的水代表了地下所有植物、动物和微生物中储存的约 4 万亿吨碳，以及土壤中腐烂的有机物。随着植物生长并通过光合作用吸收二氧化碳，大气中的碳滴入池中。当生物体分解或燃烧时，碳也会从池中泄漏。只要流入池中的碳多于流出池中的碳，这个循环就会起到吸收池的作用，从大气中去除二氧化碳。

现在这已是气候界的常识，但在首次发现时却出人意料且颇具争议。这在一定程度上要归功于气候科学家查尔斯·大卫·基林 (Charles David Keeling) 对夏威夷莫纳罗亚火山站测量的大气中二氧化碳的精确计算。现在著名的基林曲线 结果使研究人员发现，虽然大气中二氧化碳浓度逐年无情地上升，但如果我们燃烧化石燃料排放的所有二氧化碳都留在空气中，它们的上升速度不会那么快。那么二氧化碳去了哪里呢？

此时，人们已经知道二氧化碳会自然溶解在地球海洋的表层水中。因此，最初，研究人员认为这是所有“失踪”二氧化碳的汇集地。 “第一批碳科学家是海洋学家，”大卫·希梅尔说 在美国宇航局位于加利福尼亚州的喷气推进实验室。但简单的模型很快表明，即使是广阔的海洋也无法承担所有这些繁重的任务，这意味着陆地碳汇正在发挥作用。

然而，土地生态学家发现这很难接受，因为森林砍伐率上升、城市扩张和农业集约化应该使这些生态系统更难吸收碳。丹宁说，那是 20 世纪 70 年代，乔尼·米切尔 (Joni Mitchell) 唱着铺路天堂的时代。 “他们确信这片土地是二氧化碳的重要来源。”

土地汇的存在也与生态系统趋于平衡的观念背道而驰——所有的增长都是通过死亡来平衡的。丹宁说，他们的想法是“绿色植物生长，绿色植物死亡，绿色植物腐烂，二氧化碳不会改变”。 “它 [was] 很难想象如何能够在几十年内维持植物的生长速度快于死亡和分解的速度。”

然而，这正是数字所显示的情况。研究人员利用船舶和飞机改进了对大气中二氧化碳的测量，以及碳和氧的同位素测量，可以追踪汇和源之间的碳流。他们将这些数据与南极冰芯中的旧大气气泡的组成相结合，并开发了更好的地球系统模型。到 20 世纪 80 年代，所有证据都表明存在持久碳汇 陆地上每年吸收的二氧化碳约占我们排放到大气中的四分之一。 （相当于海洋碳汇的数量.) 如果没有这种土地沉降，2013 年发表的一项研究估计 地球的温度将会升高 0.3°C。

水槽的根本原因仍然是一个有争议的领域，但有四个主要因素得到了广泛认可。首先是二氧化碳含量的上升，从而增强植物的光合作用。然后，养分污染（例如农场富含肥料的径流）会增强这种施肥效应。 “人们无意中让生物圈中的贝吉斯施肥，”丹宁说。另一个因素是森林在过去几十年因农业而被砍伐或烧毁后重新生长。例如，在美国阿巴拉契亚地区，以前农田上重新生长的森林保持了强大的下沉。最后，北极气温迅速上升延长了生长季节，导致该地区部分地区变绿的速度快于预期。

农业污染

但最终，不妥协的生态代数限制了这些因素对水槽的强化程度。例如，只有当植物拥有充足的其他所需物质时，二氧化碳才会促进生长。虽然温室中的植物在注入二氧化碳后会迅速生长，但户外实验却将真实生态系统中的树木暴露在较高水平的二氧化碳中看到更温和的回应。这是因为它们面临其他压力，例如水不足或氮磷耗尽 在土壤中。养分污染可能会弥补其中的一部分，但它集中在工业化农业场所周围，那里的生态系统很快就会超出其可用范围。重新生长的森林一开始是一个强大的汇，但当它们成熟时，它的作用就会减弱，如果它们被砍伐或燃烧，则根本不会。

事实上，陆地碳汇波动的原因并不总是很清楚。 2007年至2016年间，水槽变得越来越强大，每年消除了我们约三分之一的二氧化碳排放量。彼得·赖克 (Peter Reich) 表示，这种增长还没有被很好地理解， 密歇根大学的一位生态学家的说法，让专家们对陆地碳汇的未来前景产生了分歧。

然而，当你在计算中考虑到气候变化的影响时，很明显，水槽不可能永远持续下去。在几乎所有地球系统模型中，二氧化碳的汇增强效应与气候驱动的压力源相竞争，而气候驱动的压力源会随着时间的推移而变得更糟并侵蚀汇。但要准确预测水槽何时消失是一项挑战。 “我不敢为此确定日期，”安娜·巴斯托斯 (Ana Bastos) 说道德国莱比锡大学气候学家。

挑战在于气候变化如何削弱地球吸收二氧化碳的能力，这一问题极其复杂。一方面，高温和干旱会给生态系统带来压力并引发野火；另一方面，当高温与极端降雨相结合时，也会造成压力，并且随着微生物的繁殖，分解速度也会加快。各种连锁反应会以不太直接的方式进一步削弱水槽。例如，野火不仅会立即释放大量储存的碳，而且它们产生的烟雾也会阻碍生长 通过阻挡阳光，而与气候相关的昆虫爆发会增加野火点燃的风险 首先。与此同时，在温带森林中，积雪的消失会减缓生长速度 通过将根暴露于自然环境中。在北极，随着微生物解冻和忙碌，永冻土融化释放出更多的二氧化碳和甲烷，从而抵消了绿化的影响。这种融化甚至会破坏树木的稳定性，使它们在“醉森林”中侧向倾斜，从而影响碳储存。”。

有无数的影响使碳汇与碳源之间的平衡发生倾斜。考虑一下沿海森林因海平面上升而加剧的洪水是如何用盐毒害树木的.或者说种子散布能力的丧失 灵长类动物等动物阻碍了生态系统的再生。

尽管如此，直到最近，碳汇仍然对气候变化具有显着的适应能力。在未发表的研究中，皮埃尔·弗里德林斯坦 英国埃克塞特大学的研究人员计算出，与没有气候变化的情况相比，自 1960 年以来，与气候相关的影响导致海洋和陆地碳汇的综合强度增长减少了约 15%。同样，在八月份发表的一篇论文中Schimel 和他的同事发现，2001 年至 2021 年间，汇增强效应使陆地碳储存量增加了约 380 亿吨，而气候压力则减少了略高于 80 亿吨。 “但分析在我们即将进入这个时期时就结束了，此时事情变得有点复杂，”他说。

极端天气

2023 年和 2024 年——有记录以来最热的两年——早期结果表明，气候驱动的极端事件几乎消灭了陆地碳汇。到 2023 年，水槽比过去十年的平均水量至少小 50%。这是由重大野火和植被生长缓慢造成的 上半年北半球经历了极端高温、干旱和火灾，下半年亚马逊地区又出现了极端高温、干旱和火灾。

2024 年的下降幅度似乎更弱，降至十多年来的最低点，但这些数字只是初步数据。一分析 这表明，与 2023 年不同的是，这并不是由于高温和干旱造成的，而是由于高温和潮湿条件加速分解造成的。无论如何，结果是大气中二氧化碳含量出现有记录以来最大的单年增幅——尽管我们的化石燃料排放量保持不变。 “非常短期的极端事件可能会对土地沉降产生巨大影响，”巴斯托斯说。

然而，研究人员对于将土地沉降在短短两个极端年份中急剧下降解释为一种趋势持谨慎态度，特别是因为 2023 年和 2024 年之所以如此炎热，部分原因是强厄尔尼诺气候模式。理查德·伯德西 马萨诸塞州伍德韦尔气候研究中心指出，十年前的厄尔尼诺现象期间，汇也曾急剧下降，然后又再次加强。 “这些数字有很大的不确定性，我希望看到更多几年的数据，”赖克说。不过，他补充说，这些变化令人震惊，可能会给土地下沉敲响丧钟。 “这当然有可能，”他说。 “我担心是这样。”

当你仔细观察陆地碳汇的组成部分时，就会发现长期下降的迹象。例如，梅丽莎·罗斯 世界资源研究所和她的同事发现 自2001年以来，全球森林碳汇稳步下降，主要原因是森林砍伐。 2023年和2024年，野火进一步将森林汇减少到至少二十年来的最低点，加剧了加速气候变化的反馈循环。 “我们亲眼目睹这一切发生，而且速度比我们想象的要快，”罗斯说。

同样，2024 年 12 月，研究人员宣布 由于火灾和永久冻土融化，数千年来第一次，广阔的北极苔原从长期碳汇转变为长期碳源。与此同时，亚马逊雨林一直在成为持续碳源的边缘摇摇欲坠 十多年来。自 2021 年以来，由于前所未有的海洋热浪，海洋碳汇也显着下降，尽管变化不如陆地变化剧烈。

如果陆地碳汇在不久的将来确实消失，对气候行动的影响将是深远的。大多数国家依赖于其汇的持续强度 履行《巴黎协定》下的排放承诺，该协定旨在将全球变暖长期控制在 1.5°C 的阈值内。因此，比预期更早失去汇将意味着其他地方的排放量必须更快地下降。例如，在欧洲，森林碳汇突然下降 过去几年 — — 俄罗斯入侵乌克兰、干旱、高温和昆虫爆发后的过度收割风暴 — — 使欧盟远远偏离了实现 2030 年排放目标的轨道。

好消息是，即使在气候变化加速的情况下，仍有许多有效的方法可以拯救水槽或减缓其消亡。康斯坦丁佐纳瑞士苏黎世联邦理工学院的气候变化生态学家表示，最重要的步骤是按顺序保护、恢复和管理生态系统。如果现有森林不受干扰地生长，模型显示最大潜在吸收量为 2280 亿吨碳 随着它们在几十年内完全成熟——相当于我们迄今为止累计碳排放量的约三分之一。通过在曾经生长过的地方恢复森林（不包括城市中心和现在用于农业的地区），还可以捕获另外 870 亿吨的资源。

据估计，除此之外，更好的生态系统管理每年可以使土地碳汇增加数十亿吨 by Yichun Xie 东密歇根大学和他的同事们。这包括通过进行规定的燃烧来避免巨大的野火，推出气候友好型农业实践，如覆盖种植和轮牧，以及更可持续的树木采伐。 “机会有很多，但它必须以某种方式成为我们经济和政策体系的一部分，”赖希说。

未来几年可能对地球上这些巨大的碳通量具有决定性作用。佐纳说，如果我们想保住陆地碳汇这一意想不到的礼物，那么我们就必须停止“消除我们拥有的盟友”，并努力在死亡之前保持增长的时间稍微长一点。