更大的灾难还未来临？地球碳循环已经失衡！20年内或突破临界点

科学前沿观天下 笃学明理洞寰宇

众所周知，人体的最佳温度大约是37℃左右，超过这个温度，身体就会生病发烧，生理指标紊乱。其实，地球上的每一项生物过程都具有一个最适温度，在正常温度范围内，性能指标会处于最佳水平。但一项新的研究表明，地球将在未来20年内达到最适温度临界点。这一结论无疑是令人震惊的，这意味着地球将开始“发烧”，地球自然生态系统和气候环境将走向“崩溃”。

研究人员利用Fluxnet提供的全球生态系统对温度的响应数据，开发了一种称为大分子速率理论（MMRT）的新方法。这种方法以热力学原理为基础，对全球每个主要生物群落生成温度曲线，确定了各个种群的温度临界点。

结果表明，当今的大气温度已经超过植物碳吸收的温度临界点。对C3植物如小麦、大豆、烟草、棉花等来说，今天的大气温度已经超过其临界值18℃，C4植物如玉米、甘蔗、高粱、苋菜等甚至超过临界点28℃！毫无疑问，对人类而言这将是比新冠病毒更加严峻的危机！

与此同时，植物呼吸作用的温度临界点还没有被观察到，这意味着大气持续升温将导致许多植物群落的光合作用能力下降，而呼吸速率则呈指数增长。换句话说，目前的这种状况直接导致生态系统的碳吸收和碳排放失衡，地球植物从碳汇变成了碳源，加速了气候变化（全球变暖）的进程。对于中国来说，长江以南地区则成为重中之重。研究结果发表于《科学进展》。

研究人员表示，虽然不同植物在温度响应的细节上不尽相同，但是当温度太高时，所有植物的光合作用能力都会下降。数据显示，目前全球已有近10％的陆地生物圈超越了其光合作用的最高临界温度。而若以目前的碳排放速度，到本世纪中叶（2050年前后），地球将有超过一半的陆地生物圈可能会突破其最适温度临界点，碳含量最高的生物群落如亚马逊热带雨林和俄罗斯泰加森林将更早变为碳源，加速全球变暖的进程。

陆地生物圈的碳循环包括绿色植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳（CO2），然后再通过生物过程将其释放回大气中。在较长时间尺度上，自然生态系统的碳储存和碳释放基本持平衡状态，甚至在过去几十年来，生物圈的碳吸收量超过了排放量，从而减缓了气候变化。

不过，随着全球气温持续创纪录的升高，这种情况将不复存在。当温度超过该临界点后，植物捕获和储存大气碳的能力会迅速减慢，而碳释放速度则会加快，该研究结果也印证了这一观点。

事实证明，地球上几乎所有生态系统的光合作用最佳温度都非常低，而按照目前的升温速度来看，未来20年内（至多30年）植物吸收碳的能力可能会减半。未来只有将气候变暖限制在巴黎气候协议确定的水平之内，陆地生物圈碳汇才有可能抵消人类活动所产生的碳排放，为我们争取更多“自救”的时间。

责编：朱张航宇

参考文献：How close are we to the temperature tipping point of the terrestrial biosphere? Science Advances, 2021, Vol. 7, no. 3, eaay1052.