碳循環

編按：樹木的生活史漫長，不同年間的變化又大，若要瞭解森林的動態變化，有賴於森林動態樣區的設立，以便進行追蹤調查。生態學家發現，台灣兩座長期監測的南仁山與福山森林動態樣區，在東北季風與颱風的吹襲、擾動之下，前者是極危與瀕危樹種的家，後者則能見樹木的「斷尾求生」。而近年在氣候變遷的影響之下，森林悄悄地改變了組成結構。森林占全球陸地面積約30%，是全球近50%已知物種的棲息地。森林除了提供食物、藥物、燃料等諸多生態系服務，亦在碳、氮等生物地質化學循環中扮演著關鍵的角色。森林儲存了全球大約50%的碳，每年吸收約1/4因人為活動產生的碳排放。工業革命後，全球溫室氣體濃度不斷上升，隨之而來的環境變遷對全球各地的森林帶來了不同的衝擊。在南美洲與非洲的熱帶雨林，自90年代之後，整體樹木的死亡率就不斷攀升，生長率則是持平或是緩升，森林的物種組成、結構也隨之改變，進而影響碳吸存的表現。而在森林占總土地面積61

面臨全球暖化未來，利用改造基因讓生物協助處理溫室氣體的生物工程，可能是一個解方。中研院今（18日）召開記者會，宣布近期創造出世界第一株「合成嗜甲醇菌」，利用基因改造，成功讓大腸桿菌單純利用甲醇就可以生長，甲醇則可以由溫室氣體轉化而成。未來更可能達成讓細菌藉由代謝，轉化甲醇來產出藥品、燃料等高價值產品，為碳循環開啟更多可能。這項研究成果於本月發表於生命科學的代表性期刊《細胞》（Cell），被審查委員譽為「合成生物學的新標竿」。獨步全球 關鍵：生物工程技術讓細菌能在甲醇中存活這項研究是由中研院院長廖俊智所帶領的研究團隊，利用「合成生物學」技術進行基因改造，共花費了四年。廖俊智表示，甲醇進入一般細菌，會讓細菌中的DNA和蛋白質糾纏產生毒性，而讓細胞死亡，團隊成功的關鍵，就在於透過更嚴密的基因調控解決這個問題，順利讓改造後的細菌能在甲醇中存活，而且還能以甲醇作為唯一的食物來源。

提到氣候變遷，一般人多會聯想到北極熊。但科學家發現，事實上，深海微生物對地球碳循環的影響可能遠大於北極熊，對氣候的影響也遠超乎我們的想像。海床上覆蓋的微生物，可能默默影響氣候的長期變化。圖片來源：oldandsolo（CC BY 2.0）。6日發表於《Science Advances》期刊的一篇研究發現，海床細菌和古菌（一種看起來很像細菌，但是基因與生化特性與細菌不同的微生物）對氣候非常敏感。他們的棲地覆蓋65%的地球表面，佔生物圈一大部分，對於調節深海中的碳相當重要，而深海中的碳影響著氣候的長期變化。研究中的海床微生物堆積在深海海床表面15公分的範圍，這個範圍的微生物是深海海水和海床深層微生物的數百萬倍。這些海床微生物以生活在上層海水的生物排泄物和遺體為食。

據英國廣播公司（BBC）報道，美國國家航空航天局（NASA）的嗅碳衛星「軌道碳觀測者2號」（OCO-2）已傳回了它的首張全球二氧化碳地圖。這顆衛星於今年7月發射升空，主要任務是幫助確定二氧化碳在地球表面的哪些關鍵地點被排放和吸收。這將有助於科學家更好地瞭解人類活動對氣候的影響。研究人員在舊金山舉行的美國地球物理聯合會秋季會議上展示了這幅地圖。圖表中顯而易見的是一種「成條效應」，即排放出的二氧化碳氣體隨著風沿緯度混合在一起形成「條帶」狀。同樣明顯的是，南美洲和非洲南部上空的二氧化碳濃度更高，可能是這些地區燃燒生物質的結果。此外，美國東海岸和中國全境的碳排放也較高，這主要是因為排工業化產生的額外二氧化碳造成的。

編按：本報昨初步解讀聯合國氣候變遷小組（IPCC）最新氣候變遷評估報告（AR5）的重要警訊，今天呈現由台達電子文教基金會所翻譯整理、IPCC第一工作組（WGI）9月27日公布的《Summary for Policymakers》（決策者摘要）內容，小編分上、下兩篇介紹，本篇內容主要著重在現況分析，包括大氣、海洋、冰凍圈、海平面高度觀測資料統整，以及碳與其他生物地球化學、氣候變遷偵測和歸因等方面的研究重點：

※樹木、森林和氣候變遷有什麼關聯性？森林砍伐，尤其是破壞熱帶雨林，是造成氣候變遷的元凶之一。 科學家估計因為森林的流失和改變土地的使用方式，佔了人類活動所排放二氧化碳量的23%。就像孩童在學校裡所學到的，樹木和其他植物在生長過程會吸收空氣中的二氧化碳，同時利用太陽的光能進行光合作用，將二氧化碳轉化後的產物，組成了樹木本身。這是大氣中碳循環的一環。一座成熟的森林所吸收的二氧化碳並不一定大於所釋放的，然而，當樹木死亡後，無論是腐爛或是燒毀，樹木本身所儲存的二氧化碳會再度釋放到大氣中。換言之，在氣候變遷的架構之下，一座成熟森林的重要性並不在於降低大氣中二氧化碳的濃度，而是在於森林本身能夠儲存大量的二氧化碳，就像是二氧化碳儲存池般。如果森林被燒毀或是砍伐，那麼大部分的二氧化碳就會釋放回到大氣中，增加大氣中的二氧化碳濃度。

全球20個團體在IPCC的贊助與審查下，正開發新的氣候變遷電腦預測模式，其中包含來自康乃爾的研究團隊。研究員表示，傳統的氣候物理模型在預測陸地、大氣、海洋間的相互作用如何決定未來溫度和天氣時，沒有納入碳循環這個因素。其他的模型則將碳循環獨立於這些交互作用外。新開發的「完全整合3D預測模型」則模擬了整體的碳循環與這些變數之間的整合作用。※資料來源 ※本文出自環保署「國際環保動態訊息蒐集及趨勢分析」專案計畫

科學家28日說，他們發現一種深海病毒，出乎意料能有效驅動所謂的碳循環，這種碳循環可以維繫海洋生命，並幫助遏制全球暖化。透過碳循環，海面上的微型海藻可以吸收大氣中的二氧化碳。這些微型生物稱為「原核生物」，其中許多都會感染天然海洋病毒。這種生物死亡後，富含碳的遺骸會緩慢沉降至海洋底層，在這裡其他細菌便會吞食掉遺骸。這些原核生物成為較大型生命形式的食物，這種模式循食物鏈類推。研究人員很久以前就知道，海面上的病毒可扮演「化身博士」的雙重角色，一方面摧毀生物，一方面卻也維繫了生物。雖然如此，但現在證據顯示，這些小型病原體在海底深處也默默工作著；深海是個黑暗且不適居住的環境，缺乏養分，可以算是地球上最後一個未開發的生態系統。義大利安科納的馬士理工大學學者達諾瓦羅領導一群海洋科學家，詳細研究自全球數十個地點取來的沉積物樣本，而這些地點的深度從183公尺，到足以讓人粉身碎骨的4千603公尺深不等。

過去氣候研究專家相信，海洋可以吸收足夠的二氧化碳，降低全球暖化的速度，但由國際科學團隊所進行的最新研究發現，海洋對於大氣或氣候變化所能造成的影響相當有限。研究結果指出，二氧化碳不會消失不見，通常是透過動物和細菌消耗掉，並且在「弱光區」再次循環，弱光區是指海面下100至1000公尺處，模糊昏暗的區域。碳在深海地區可以被加以儲存，避免重新進入大氣中成為溫室氣體，但是因為碳常常無法進入深海領域，因此海洋在溫室氣體的吸收和儲存作用上，並不如科學家預期的重要。該研究同時也發現，把海水加入鐵，以減緩氣候變化的建議，執行上有其困難。加鐵的目的是要刺激光合作用海洋植物的成長，藉此將更多的二氧化碳從空氣中轉換到深海中。

最新研究結果顯示，在溫帶地區例如美國、歐洲等地植林的結，果可能不會產生任何的益處，反而會助長氣候的暖化。此份研究報告預定於16日美國地球物理學會（American Geophysical Society）在舊金山舉行的年會中發表。勞倫斯利福摩國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）、蒙特帕里爾大學（Université Montpellier II）及卡耐基研究所（Carnegie Institution）的科學家共同提出結論，指出森林植被有吸收陽光減少反射的作用，導致地表加熱而抵銷了吸收碳原子讓溫室氣體減少的功效。研究結果顯示，到西元2100年時，中高緯度地區的森林，會造成某些地區氣溫升高，比起沒有森林的情狀更高華氏十度。

工業革命序幕初開之際，人類對碳循環的認識，也和對燃燒作用的認識一樣貧乏，雖然這時距普羅米修斯從天神處偷火給人類已有很長一段時間了。在古希臘，火被視為是構建所有物體的四種基本元素之一；羅馬最小心保存的膜拜儀式是對維斯達（Vesta），即女灶神的儀式，因為這位女神和一群處女共同守護著聖火，若聖火熄滅，國家將會有難。人類從控制火到製造火，走了一段長遠的路，也花了好幾萬年的時間。從生活在十萬至三萬年前舊世界中的尼安德塔人出土物中，發現了爐灶。但考古學資料無法提供任何線索說明他們究竟如何燃起火花，因為用來生火的材料都相當容易腐敗。直到新石器時代，人類能夠種植植物、豢養動物後，證明人類知道如何製造火的證據才出現。到了1805年，當法國化學家尚賽（Gustav Chancel）在杉木片末端蘸了含氯酸鉀和糖的糊狀物後，製造出第一批「安全」火柴，他把自己這項發明封為「普羅米修斯火柴」。然而，天神宙斯為了抵銷