【為什麼我們要關心亞馬遜大火】地球供氧量與氧氣存量從哪來?到底夠不夠?

by:泥仔
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文/臉書粉專【週遭的海洋】作者 嚴融怡
 

最近因為幾場極大的森林火災相繼發生,因此網路上有人相當害怕我們這個星球會不會因而窒息。嗯,雖然擔憂環境的負面變遷是一件好事,但是如果過分憂慮倒也是不必要的。這裡必須要說,我們並不會因為亞馬遜森林或是極地森林等大片森林的焚毀而有氧氣存量上立即性的不足問題。

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24號在亞馬遜雨林內,農民和伐木者透過放火燒森林的方式,清出可以耕種和利用的土地。

路透社/達志影像

氧氣貢獻量大  消耗也大的亞馬遜雨林

雖然過去有一些文獻確實曾寫過亞馬遜森林所在陸地的氧氣貢獻量可達 20到 40%。但這其實是指它所在周邊生態系統的供氧邊際效益而言,大約三分之一的陸地光合作用發生在熱帶森林中,而且其中最大的腹地便是亞馬遜雨林。

然而,亞馬遜每年會有特定的天然火災,加上亞馬遜雨林的生物量極大,亞馬遜雨林不僅支應這些龐大生物的食源,也支應牠們的氧氣供給,每一隻昆蟲或每一隻鳥或每一隻絨猴...等等,牠們的呼吸都由這片森林所支應,而森林中大量的有機殘體(其中包括大量的有機碳)被微生物所代謝、分解、儲藏在土壤當中等等,這些代謝所耗費的氧氣量更是驚人。

淨產量趨近於零  不代表不重要

換句話說,每一片森林所產生的氧氣淨產量非常接近於零,但這是針對森林系統的對外氧氣輸出功率而言;以生物量的比重來看,這片森林的支應量是非常大的,因為雨林的生物量動輒都是以數萬噸來做計算,更不用說亞馬遜雨林每年可吸收數百萬噸的溫室氣體。

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圖為氧循環簡易圖表。透過圖片,可以理解氧氣是如何被消耗與產出。

Photo: J Wong

所以,氧氣來自海洋嗎?不盡然

寫到這裡,有些人一定會問:「那我們這個星球的生物圈平時所需要的氧氣,主要是由誰所提供的?」

如果真要提供一個答案的話,「答案是海洋。」不過這也不盡然正確。

有些數據當中,海洋的供氧比率確實可以達到年氧氣生產量的 60%甚至 80%。但是我們必須要知道一點,那就是『地球上現行的氧氣濃度存量有絕大一部分來自數百萬年、甚至億萬年以來,光合作用經年累月的淨儲存量。』這才是比較標準的答案。

經年累月的殘餘氧氣  很可觀

實際上,即使是廣大的海洋,她還是得供應廣大的生物呼吸和代謝所需要消耗的氧量,在海床、在200公尺以下光線難以照到的中層與深層,許多需氧動物都對表層藻類生產的氧氣嗷嗷待哺著,因此全球光合作用真正的淨儲存量很有限,有些數據甚至只有0.0001% 。

但是即使只是一小點不平衡所殘餘的氧氣,經過億萬年的積累,也為數可觀,並且讓大氣當中穩定含有這21%的氧氣。這樣的氧氣儲存就好比是地球演化億萬年所累積的存款一樣,科學家曾做過模擬統計,即使地表上所有有機物在現在這一刻都被立即燃燒殆盡,世界上總計可能只有不到1%的氧氣會被消耗掉。

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一隻鳥兒停在樹枝上,與落下的夕陽相互輝映。牠所處的環境正因為亞馬遜大火,使得受四周煙霧瀰漫。

路透社/達志影像

不過度悲觀  不代表不用擔心

我們雖然不用很悲觀地憂慮於氧氣的存量(例如:媽媽呀我不要下一刻就因為雨林燃燒而被窒息而死←這樣的想法),卻不代表我們就不用顧慮氧氣比例的變化問題。

在過去的 100萬年中,大氣中的氧氣含量已經下降,儘管如果光就氧氣含量的變動而言,應該尚不足以引發地球上生命的任何重大問題。不過我們從十八世紀工業革命以來消耗了一堆氧氣,製造出的大量二氧化碳卻已經在大氣與海洋當中造成越來越嚴峻的課題,包括氣候暖化與海洋酸化。

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照片拍攝於 1890年。當年的工業革命,其實也得力於三億年前左右的氧氣。

Photo: wiki commons

大氣中含氧比重最高的年代  影響至今

地球歷史上,大氣層中含氧比重最高時期大致是在三億年前左右的石炭紀末到二叠紀初,當時氧氣一鼓作氣飆漲到35%。當然也對於那時的動物有指標性的影響,比方說巨型的蜻蜓就得力於這樣的高氧環境才得以維繫其生理,因為節肢動物是以能夠呼吸的空氣量而限制其體型。

科學家推測,那時候森林的大量生長,因為清除了大量的二氧化碳,才讓大氣中的氧氣能維持這樣的高峰。那時期的森林植被有多豐富呢?我們從十八世紀工業革命到今日之所以能夠使用那麼多的燃料煤投入火力動能,也都得力於當時森林所捕捉的碳源。

正在大量消耗的氧氣

然而,也正因為持續性的人為化石燃料燃燒,氧氣也正持續大量消耗當中,其在 1900年消耗量為 2.0 Gt/a(10億噸/年),到了 2015年已增加到 38.2 Gt/a(10億噸/年);照這樣的消耗情形,大概到 2100年,氧氣濃度將從目前的 20.946%降至 20.825%。

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在亞馬遜雨林內,從高空俯瞰會發現一塊被農民和伐木工清出來的圓形空地。

路透社/達志影像

自燃與人為不一樣  影響範圍不只雨林

人類活動導致大氣中的氧氣正不可逆轉地下降。網路上有些論點很單純地認為熱帶雨林本來就會自我燃燒,但是森林天然的自燃與因為人為開發地大量燃燒是不一樣的,後者不僅難以恢復,而且也干擾了天然的生態循環。

再者,地球的生態系統是連動性的,不是說熱帶雨林受到燃燒,就只會影響熱帶雨林。當人們每年都釋放了越來越多的二氧化碳到大氣當中加重暖化趨勢,然後又大量損耗氧氣。會不會有一天真的把『存款』都用完呢?

也許吧,短期應該不會,但是長期而言真的很難講。

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這幾年來,海床的生態已經受到了不小的影響。

Photo: Morgan Burke

海床生態  早已被影響

晚近以來,人為活動的影響其實早已影響到整個海床,暖化的進程也早已干擾到藻類的運作,無論是藍綠藻的紊亂(族群開始轉移到高緯度)、紅藻數量可能減少、有毒海藻增生,甚至隨著海洋未來溫度的變化和營養不良的環境問題加劇之下,有科學家擔憂當海洋環境不利於藻類生長與光合作用的進行之下,細菌的「視紫質」(rhodopsin)作用有可能會擔負更重要的生態功能,而這套作用可是會導致海洋釋放氧氣與吸收二氧化碳的能力變得更弱,對我們更加不利——當然,對微生物或其他依靠這個作用的生物來說沒差。

增加消耗  又沒補充

當人為活動不斷增加氧氣的消耗,也漸進式地破壞億萬年以來氧氣累積的規律;同時又不斷把原先可以穩定生態系統中氧氣的製造源——無論是陸地的森林,或是海洋的藻類系統加以破壞(糟糕的是,這兩者不是全無關係,如亞馬遜森林其實還涵養著龐大的水氣,那個水氣量足以影響區域降水,甚至影響附近海域的鹽度、養分傳輸的關係等等),那麼,我們雖然不用杞人憂天去害怕立即性的缺氧問題,但是對於綜合性走向日亦負面的環境變遷方向卻是不可不慎。

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上圖為氧循環與其預測。下圖則為地球上的氧存量與預測。

Photo: The global oxygen budget and i

寅吃卯糧的過程  不能太樂觀

總而言之,某些人現在所在做的事情,無論是恣意燃燒化石燃料、恣意開發土地破壞雨林或其他森林、或是持續坐視氣候暖化等等,可能加速氧氣消耗的作為其實都有點像是寅吃卯糧,持續消耗後代所能生存的依託。

太過於樂觀地認為這個地球還能夠讓我們不用注意保護雨林、不用注意保護海洋等等想法,其實更像是玩火的孩子,總有一天會出事的。

上線時間:2019/09/02
增修時間:2019/09/03 修正錯字


編註:本文經授權轉載自致力於海洋環境與海洋生物議題的臉書粉專【週遭的海洋-The Sea Around Us】,未經同意不得轉載。