首页 >> 专题:凝 >> 生物 >> 文章

[凝]雾凝红杉Comments>>

发表于 2011-05-18 05:14 | Tags 标签:, , , ,

在那美丽的西湖边
有一棵红杉树
越过重洋,来自彼岸
滋润着友谊雨露
红杉树,红杉树
你带来了美国人民的深情
你扎根在中国的沃土
啊!愿你茁壮成长
幸福的红杉树……
——

[此树名为Del Norte Titan,据说是世界上第四大的红杉,高94米。]

在加州,最醒目的陆地生态景观莫过于北加州的红杉树林(Redwood Forest)了。严格地说,红杉在英文中应该称为Sequoia(玩过辐射·新维加斯的同学对这个词不陌生吧?新加州共和国游侠领袖Hanlon老大手里拿的那把左轮枪就叫做”游侠红杉“Ranger Sequoia),而这个词最初来自一位印第安学者的名字;加上红杉树高大挺拔,又是美洲特产,所以常常作为美洲的象征植物之一而出场。有趣的是,红杉亚科现在仅存的三属三种里,两种是美洲特产的红杉和巨杉(同样原产加州,是世界最大的乔木,最高可达近百米),第三种却是我国特产——也就是大名鼎鼎的水杉;这些都是中生代裸子植物繁盛期留下的孑遗物种。所以中美建交时选取红杉树来作为歌曲主题,确实是再合适不过了。

不过粗看起来,加州这个鬼地方貌似不太适合过日子啊。水杉的原产地是在湖北一带,全年较为湿润;可加州属于地中海型气候,大名鼎鼎的加州阳光可不是闹着玩的,每年降雨几乎全部集中在冬季,夏秋两季降水不足全年五分之一。也许人类会觉得艳阳高照神清气爽,但植物就郁闷了——夏天阳光最强烈,本来是光合作用和蒸腾作用最旺盛的时节,却偏偏不给下雨,因此相当一部分草本植物选择了在夏天枯死,所谓”夏日的金色原野“其实大都是一年生草本植物的枯叶。(看NBA的都知道加州有个外号叫“金州”,这个“金”三分之一是因为金矿(“旧金山”嘛),三分之一是因为每年春天开放的金黄色加州罂粟,再三分之一就是南加州的金色旷野了。)可是红杉树夏天也不落叶,靠什么抵挡漫长的旱季呢?

IMG_1828 copy.jpg

[加州的Rolling Golden Fields。这些旷野的自然史又是另一个有趣话题了。]

 

【干旱之始】

其实在两千万年前,加州还是相当正常的夏雨冬旱环境,只不过在一千二百万年前发生了一件事,叫做“晚中新世上升流事件”(怎么听起来像柯南的一集),才导致加州气候翻了天。而这事件的凶手是你绝对想不到的,竟然是来自南极的冰冷洋流;而凶手背后的组织更不简单,是传说中的黑——啊不,是全球气候变化。

中新世总的来说是一个温暖的时期,别说北极,在“中中新世气候最暖期”的时候,连南极都没有冰川。(“中新世”意思是新生代的中间那段时间,而“中中新世”则是中新世的中间那段……够绕吧。)不过到了晚中新世的时候,气候开始逐渐冷下来了,南极也开始形成冰川了。那时的大陆板块位置和现在已经相差无几,南极洲只是孤零零一块大陆,没有什么东西阻挡极地洋流绕着南极转圈圈,于是它就一直转下去,始终没有机会流到低纬度地区接受温暖的阳光照耀。所以它就越绕越冷,越绕越冷,冷到最后……就沉下去了。

flowers and Kennett 1994 Fig 1.jpg
[新生代气候变化的历程。看到那个打问号的红圈了吗?这就是气候开始变冷的时候]

沉下去的后果,是进入了所谓的深海大洋传送带,毕竟深水区不是黑洞,下去的冷水总得到别处去啊。要问大洋传送带为什么要这样走,请找气象学松鼠poguy,但事实是这坨冷水团一路北行,走到了北太平洋的位置才开始上升。


[大洋传送带图解,可以看到来自南极的底层冷水是到了北太平洋才浮上海面的。注意这幅图的洋流大多是处在相对较深的水域,受海面季风影响很小,所以和我们经常看到的表层洋流图并不相同。]

这下可乱套了。冷水入侵不光是影响海洋,还波及到了上方的大气;而大气遇冷下沉,就地形成了所谓北太平洋高压带。我们知道,由于地转偏向力作用,北半球的高压带形成的反气旋是顺时针方向的,而加州地处太平洋东岸,顺时针就意味着刮北风。北风本来就冷,刮下来的洋流也是冷的(加利福尼亚寒流)。而且,还是由于地转偏向力,这股寒流在南行的同时还会向西偏,同时也把原有的表层海水带跑;而谁来补充这些海水呢?只能是来自冰冷深海的上升流。(另外,加州沿岸的海藻森林之所以能形成,基本上都要归功于这股上升流带来的养分。这也是另一个话题了……)
001.PNG

[这张图左边是现代加州海域的温度测量值,可以看到沿岸的海水明显要冷得多(颜色更偏蓝)。右边白色细箭头是加利福尼亚寒流,而黑色箭头就是更为寒冷的上升流,来自深水,富含养料。]

冷本身没什么错,比周围的人都冷就不好了……后果和北太平洋类似,在加州形成了局部高压带。而高压带全是下沉气流,很难下雨的。部分沿海地区几乎全年无雨,其它地方也要等到冬天的时候大家一起冷下来,在西风带的低压润泽之下才会有降水;而夏天就只好在加州阳光中度过了。(所以加州很多野花都是秋季开放的。)
002.PNG
[红线代表降水量,蓝线代表雾量。注意时间是从右往左走的。]

【雾迷津渡】

不过冷一点也不完全是害处。虽然气流不能升上高空,下不了真正的雨,但别处的暖气流一旦流过来,遭遇冷空气就能在近地面形成雾。

夏天加州的雾一般形成于海面上,雾大的时候很容易覆盖相当大一片陆地;每年的六月到十一月,北加州几乎天天有雾。问题是夏日阳光强烈,雾气一般只在清晨和上午最浓,到了下午两三点就几乎消失殆尽。雾气里水滴直径太小,不足以克服阻力降落在地面,虽然雾本身可以减少蒸腾,看起来还是和云不能比啊?


[一个典型加州夏日的卫星云图。白花花的一大片,其实几乎都是低云和雾。]

但是红杉和其它加州居民却有一张特殊的“捕雾网”:长松萝 Dolichousnea longissima (这是04年定的新属,之前是归于Usnea属)。

咦,什么植物有这么细长的叶子啊?其实这不是叶子,而是地衣的植物体,由真菌和藻类共生而成(地衣不光是长在石头上的)。是不是很像长胡子?它在英文里就叫“老人胡”,中文里也有个别名叫“老君须”。(但要注意,中药里也有老君须一说,但指的通常是另一种萝藦科植物的根。还好地衣一般没什么毒,不然没准又会弄出类似龙肝泻胆丸搞混木通和关木通这种事情。)松萝的分布非常广泛,在桔子姐的游记里也提到了乞力马扎罗山的松萝。

我们使用的捕雾网的基本原理是创造一个多孔而表面积巨大的容器,松萝的这种形状显然非常适合促成雾的凝结。少量的水分会被地衣吸收,但大部分都会凝结后滴下,变成降水。当然没有地衣只有枝叶也可以,但效果就没这么好。据测算,在北加州的浓雾区,有森林覆盖的地方雾气每年带来的“降水”可以高达34%,而没有森林的地方则只有17%。夏天一棵红杉内部可以有19%的水来自凝结滴落的雾气,而林下植被内部来自凝雾的水分可以高达66%。不夸张地说,没有这套捕雾装置,北加州的生态面貌就要完全改变。此外,由于某些树栖地衣中有固氮蓝藻共生,还提供了一定的氮源。

然而,这个体系又是相当脆弱的。地衣作为真菌和藻类共生体,属于吃苦耐劳型,对资源匮乏的耐受力极强,可是对环境污染却没有任何防御手段,尤其是对燃煤产生的二氧化硫极其敏感,因此既是环境污染的指示物,又是最早的受害者。那个经典的桦尺蠖(又译椒花蛾peppered moth)颜色演化的例子,就是因为工业革命的污染杀死了树皮上的地衣,从而改变了背景颜色的。因此工业污染对这样的体系伤害要大很多。类似的,砍伐森林将会对这一地区的水循环产生巨大的影响,恢复起来的难度也远大于其它温带森林。另外还有厄尔尼诺导致的雾量减少问题。全球变暖的可能后果更不必提。很多时候,精妙和脆弱都是如影随形的。

【改变的规模】

其实站在全球的尺度上,每一个物种、每一个生态体系都是注定要终结的。一千两百万年前红杉林群落兴起时,肯定也取代了当地原有的群落结构,这本身并不让人伤心。问题在于,(1) 原有物种的利益很可能会遭受损失;(2)如果变化太快的话,也许新物种和新群落来不及诞生。而对于人类而言,全球变暖问题恰好两样都占了。

前文说过,中新世就是一个巨大的暖期,里面的各种动植物自得其乐,生活很好;地球历史上还有很多比那时更温暖的时期,可见一个温暖的地球本身并不是问题。然而,如果环境变化,现存的物种就等于是被逼上了一场赛跑。在晚中新世,北加州的红杉通过截取雾气生存了下来,但是像古骆驼(Aepycamelus)这样没能跟上环境的物种最后就绝灭了。那一场变化持续了数百万年,尚且有很多生物跟不上;眼下的变暖速度一百年内就可能上升两到三度,对于野生动物来说实在太快太快了;其它的环境变化,比如污染、毁林、荒漠化等等,莫不如此。我们带来了改变,却没有给它们适应改变的时间。不要说它们,就连我们自己也未必有足够的时间。

类似地,生态灾难早晚也是会恢复的。二叠纪末期的大灭绝事件,最高的估计是96%的物种灭绝,最低估计也在85%以上,但在上千万年之后,多样性依然恢复了;今天的多样性甚至远远更高。现在倘若人类造成了灾难,早晚也终将恢复,只不过人类能不能熬到恢复的时候就是个问题了。哺乳动物一个物种的平均存在时间也不过四百万年而已。

譬如朝露,去日苦多。其实在地球看来,不管是人类还是红杉林,哪怕精巧绝伦,也不过如同晨雾一般转瞬即逝。与其说“保护地球”,不如说保护的是我们自己。

主要参考资料:
T.E. Dawson,1998. Fog in the California redwood forest: ecosystem inputs and use by plants. Oecologia. (上学期上了他的稳定同位素课,这个故事就是他课上讲的,哈哈。树木中水来源的分析就是用稳定同位素组成做出来的。)

0
相关文章

20 Responses to “[凝]雾凝红杉”

  1. laoma说道:

    大洋传送带图看不见

  2. 异教徒说道:

    是的
    图挂了。。。

  3. havasupai说道:

    观点很喜欢,地球永远存在,人类嘛,就实在不好说了.

  4. 二次元说道:

    啥啥纪的太多了,经常搞迷糊。大洋传送带,捕雾网很精巧,受教了~~。最后感慨很新鲜的,生态系统很长时间后会恢复,如果变化不是太剧烈。

  5. TE说道:

    越绕越冷,越绕越冷,冷到最后……就沉下去了。
    好冷好冷...

  6. Sheldon说道:

    看来保护环境和以人为本的观念是一致的

  7. BillLiv说道:

    地理、气候的相互作用错综复杂啊,这是大自然的奥妙

  8. dxd说道:

    文章最后的意思是人类现在可以随便造,反正给自己搞死了,过个千八百年地球照样会恢复成人类存在前的生物多样性?

    • Ent说道:

      基本没错。当然千八百年显然是不够的,千八百万年差不多。

    • Ent说道:

      当然,也和搞的程度有关……假如我们把全部核弹均匀地扔在地球表面,那大概就要倒退回十亿年前了……
      但毁灭生命是不太可能的。毁灭地球更是没戏。

  9. 连田都种不好说道:

    整篇文章就如散发的雾气般充满着人文气息和环境人道主义关怀。

  10. 大蔥说道:

    我身边就有很多人认为变暖一点有什么不好,“有空调啊”,他们说。事实上不是变冷变暖的问题,而是变化速度的问题。人类大量的排放温室气体使得这个变化速度让很多物种都适应不过来,甚至很大一部分人类都要在这场变化中淘汰。这就不能不重视了。“与其说保护地球,不如说保护的是我们自己”。

  11. 史军说道:

    与其说“保护地球”,不如说保护的是我们自己。

    说的太好了!!非常赞同!!
    让那些打着保护地球旗号的极端保护主义者,都去火星吧,这样最能保护地球。

  12. 群魔乱舞说道:

    成也自然,败也自然。。

  13. 汉尼拔说道:

    譬如朝露,去日苦多。松鼠们文理兼优啊,崇拜。

  14. SN1978AAT说道:

    的确,现代人类的几千年跟地球的几十亿年沧海桑田比起来真是微不足道,地球不需要人类保护,折腾的凶了,自己就灭了,这是地球在保护自己.....也许在生物中智力最高的我们,种族的寿命或许最短也说不定,可惜我的基因没有记忆力,否则真想透过后代的双眼见证一下那样的未来..

  15. yutouguai说道:

    从长松萝讲到地球大环境,以小窥大啊~受教受教~

  16. selta说道:

    嗯,“譬如朝露”, 确实如此,只是在人类极其有限的岁月里,希望留下美丽的痕迹才好。

  17. 吼海雕说道:

    这篇文章真赞~~不过鄙人有个弱智的问题:南极附近的水下沉后随着大洋传送带到北太平洋的位置才开始上升,为什么冷水到了冷水区升起来?是什么力量让它升起来的?

    • william H.Wei说道:

      同问。莫非,是遇到了更冷(密度更大)的水?那也不对啊,那比起来就应该叫热水了。。。。