地球-我们输不起的实验室 作者:斯蒂芬·施奈德-第11章
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奇异气候现象
大约1．2万年前，在温带动物群经过长期的冰川期返回到北欧和北大西洋之后，在不足100年的时间里有过一次戏剧性的向类冰川期状态的折返。这个微冰川期被称为新仙女水期（YoungerDryas），位于仙女木（一种生长在冻原的花卉）广泛出现之后。它在温暖、稳定的全新世最终来临之前持续了大约500年。是什么事情发生了呢？
当然，我们今天无法确切地知道详情，但有一些不错的假说。此外，所谓新仙女木气候信号主要是一种区域性变化：整个北大西洋，包括加拿大东北部和欧洲大部分地区。但是在这个时期看到了戏剧性的为期几十年的生态折返，整个地区表现的是类冰川期的植物和动物。从全球上看，虽然存在着同时变化的证据，但变化的戏剧性要小得多。地质史上的这个时期，在南极洲冰芯中没有证据发现显著的气候变化。对北大西洋沉积物中浮游生物残骸化石的研究表明，温暖的海湾洋流要偏向南方许多纬度，深海大洋环流（有时候叫做海洋传送带）的整体结构仅仅几十年就回复到类冰川期的形式——～种在人的一生中就可以测度的戏剧性的气候变化。
对新仙女木期的最有可能的假说是：有过一次淡水进入北大西洋的快速脉冲。由于淡水比盐水远为容易冻结，因此很快形成了海上冰盖，这也许可以解释大约1．2万前欧洲出现的戏剧性的寒冷问题。但是这种突如其来的淡水来自何方呢？最有可能的解释是哥伦比亚大学的地球化学家华莱土·布罗克（WallaceBroecker）提出来的：来自快速变暖的北美冰原的融化水积聚在一个其东岸是冰原残余的巨大的湖泊中（地质学家把这个湖叫做阿加西斯湖）；随后冰原残余的东岸破裂，一股戏剧性的“融化水洪流”泄入圣劳伦斯河谷进入了北大西洋。
最近，一些非常有争论的发现表明，至少在格陵兰，在大约13万年前的前一个间冰川期里，几度出现过温度（数十年内5“C）和CO。的戏剧性波动。直到现在，一般相信这个时期的平均气温要热一些（2℃），相对于我们所在的间冰川期（全新世）来说也较为稳定。解释这个13万年前波动的最流行的假说是：北大西洋传送带环流的变动。这些仍然有争论的奇异气候变化已经引出了一个明显关键性的问题：如果我们把温室气体或氧化硫这类人类干扰加入气候系统，会使今天的传送带洋流发生快速的变化吗？人类引起的ZaC的地球变暖（可以作为未来数十年的一个好的赌注），会促发像13万年以前增热ZaC的间冰川期在北大西洋区域曾经发生过的那种奇异的气候不稳定现象吗？
我们评估人类对气候快速影响引起的风险的最好方式是，把气候模型和古资料进行比较以弄清过去发生的事情，从中估计某些重要的事情再度发生的可能性的大小。此外，未来奇异现象的形式和可能性是，基于虽未确证但却可能的分析之上的推测。但是，对意料之外气候现象其破坏作用的普遍悬念和担忧，足以催促我们要加快我们的知识更新，减慢我们迫使自然变化的速率，或者最好（按照我的价值观系统）是同时做这两件事。这会产生多少代价或者谁应该支付这个代价将在后面简单论述。首先让我们考虑气候变化会对人类其他干扰行为作出如何反应，以及这种全球变化会怎样影响自然生态系统。
第五章 生物多样性和鸟类的斗争
中欧和大西洋中部地区冰川期时代的森林主要是云杉树，而不是像今天株树和枫树这样的硬木树种。很长一段时期，物种群落被认为仅仅是来回发展的。在冰川融化期向北追随冰盖发展，当地球寒冷时回头向南在冰前发展。这种观点自从达尔文时代以来一直非常流行，达尔文相信整个物种群落仅仅是作为整体在随气候变化而迁移。在《物种起源》（The Origin of SPecies）一书中他写道：
由于北极的物种先向南后折回北方以与变化的气候保持一致，因J已在漫长的迁移过程中，他｛fi将不会经历太大的温度变化；他公1是作为一个整体迁移的，因此它们的成熟关系未曾受到很大的干扰。因此，与本书中反复强调的原理相一致中华书局出版《二程集》校勘本。，这些物种形式未曾受到很大的改变。
这种思想保证了气候变化情况下生物多样性得到保持的可能性：物种将会整体迁移和生存。如果整个生物群落仅仅是随气候变化在迁移，那么只要能不受约束地进入迁移过程，物种就可以通过不以丧失多样性（也被称为灭绝）为结果的迁移而适应气候变化。
但是这种对群落迁移的期望，由于最近从地球土壤和沉积物挖掘出来的资料而得到了明显的修正。明尼苏达大学的生态学家玛格丽特·戴维斯（MargaretDavis）第一次提出，单个物种对气候变热的反应是有差异的。随后，叫做全新世合作制图计划（COHMAP）的科学家小组，考察了可以回溯到最后一次冰川期最高点的许多种植物的花粉颗粒化石。他们发现像云杉或株树这样的物种，在冰盖融化时确实向北追随冰盖发展，但不是达尔文或大多数生态学家想象的那种以完整群落行进的方式。相反，COHMAP的科学家发现从冰川期向间冰川期过渡的时期，物种以不同的速率甚至以彼此不同的方向进行迁移。你可以说树是在迁移，但老的森林却在消失，因为树、草和植物的成分在过渡中经历了许多独特的和不熟悉的组合——所谓“异同生境”，因为今天根本没有相类似的东西存在。这些生态性质的重新安排也许已经被人归之于最新的灭绝事件：猛妈象、剑齿虎和最后这次冰川期末期其他所谓超凡的巨型动物群的消失。
这种“异同生境”也被伊利诺伊博物馆的拉塞尔·格雷厄姆（Russell Graham），看作是小哺乳动物对大约5000年到l．5万年以前冰川期消退的反应。他的发现也使达尔文的观点陷入矛盾。这些发现对于那些高度相信生物多样性在面临气候变化时，可以通过迁移得到保持的人来说应该是具有打击性的，因为它们显示，正常的动物和植物群落在气候引起的过渡期间可以受到扰动，即便是相对缓慢的自然气候变化也是如此（回忆第二章 以及图2．3，从冰川期到间冰川期，全球气候变化的平均持续速率为每千年只有大约IC）。
换句话说，包括捕食者一被食者关系和在生态系统中创造物种相对稳定分布的其他竞争机制在内的“自然平衡”，在气候变化期间可以受到严重的扰动。因为气候变化可以引起不同的物种以不同的速率作出反应，结果改变了生物群落的结构。这使得一些生态学家担心：由快速气候变化（按现在推测，全球气候平均以每百年为尺度的速率持续变化）引起的生物群落的解体，会加剧物种灭绝的速率。现在的物种灭绝速率被认为已经由于栖息地解体、化学污染，以及非本地（所谓外来）物种的导入等原因而大大加快。
密歇根大学的生态学家特里·鲁特（Terry Root）研究了美国过冬鸟类的分布，以寻找其与温度或植物类型这类大规模环境变量的关系。她发现对于东菲比霸哪有类似图5．1那样的明显依存关系。这种鸟冬天向北飞行的范围边界与1月份平均最低温度线非常接近；但是这种有翅膀的动物在气候变化时可以非常快地迁移。这是否意味着全球气候变化与这类反应较快的物种没有干系吗？
鲁特发现北美许多过冬的鸟类与温度和植被两者有着相关性。在既定的生理承受能力情况下，温度控制了鸟类可以在向北多远的地方生存；而一定类型的植被对于提供食物、住所或者巢穴是必不可少的。鲁特进一步指出，那些生理上仅仅受到低温限制的鸟类，在天气变暖时可以马上飞向北方。但是那些同时受到栖息地（例如植被类型）限制的鸟类，为了适应空气中CO。增多所改变了的气候和光合作用，也许不得不为它们所需要的植被环境等待几百年才能迁移（如果它们可以的话）。在这个过渡时期，很可能发生生态群落的解体，捕食者一被食者关系的改变，以及长达几百年生态失序的潜在威胁。因为气候从小到ICC、大到可能6C的增热，要让各种物种各自适应气候的变化和直接的CO。递增，需要几百年的时间。这种对自然平衡的干扰很可能加剧生物灭绝，特别是对于那些只有有限的居住范围，并且强烈地与气候变量相关的许多物种。解释今天大多数物种的栖息边界和丰度，一直是对科学的令人生畏的挑战，即使这些物种有长达数千年的稳定的气候和CO。浓度可以去适应。如果地球增热典型地以预测的或较高的速率变成现实，那么担心生态系统的扰动会导致动植物物种群落的解体，甚至搅乱现在建构起来的生态系统，就是非常合理的。与谁在生物群落中有关吗
我最近参加了我们中学同学毕业30年的团聚。我渴望见到这数百名旧日的同学，他们经过30年的生活岁月开始头发变灰、脸上起皱、身体发福，但同时则（幸运地）老练成熟了。同学中有的变得认不出来，有的却明显没有变化，所有这些实际上并不使我感到太大的惊奇。真正使我感到惊奇的是，即使我手中拿着记事手册，我能记起来的人也是如此之少。五六个以前的好朋友，十几个能够记得的偶尔的朋友，但是数百个其他的同学实际上一点也没有想起来。一个无法回答的问题突然闪现在我的脑子里；如果这些同学中大多数都比我早一年或晚一年，今天的我是否会变得判若两人？如果我们被带到完全不同的一组学生中间，我们是一个由相互作用的人所组成的、具有持久地改变了每一个人的整体特性的共同体呢，还是一个其功能（在这里是中学教育）基本上没有变化的偶然的个人集合体？生态系统中某些物种是否与系统的功能相关，或者仅仅只要足够类型的物种就行了？如果一种树种灭绝并被另～树种取代，这个生物群落会出现很大的差异吗？
物种在生物群落中作用的概念引出了另一种观点，即生态系统自我维持的思想。这两个问题多少都是有争论的。生态系统是被定义为一个由相互作用着的不同物种和物理化学环境组成的共同体。
生态系统的尺度可以小到云状水滴中的微生物群落，大到整个世界，这取决于我们想要考虑的特定系统和时间框架。生态系统的功能导致了许多相互作用，这些相互作用随时间演变，最终导向一个称之为“自然平衡”的状态。但是今天，已经很少有生态学家持有这种稳定不变的观点。相反，“自然涨落”这个词更经常地被用来描述一个动态的平衡。在这种状态中，许多单个物种可以有数量上的波动，在足够长的时间里，仅仅因为被新演化的生命形式替代而走向灭绝。但是生态系统自我维持的功能多少得到保持。这种自我维持包括基本的生产力（光合作用、氧气产生、把CO。从空气中移走并固化在植物体中——食物链的基础）、废物的再循环（来自于大量腐败菌）、洪水控制（有植被的山坡相对于赤裸的山麓能戏剧性地减少水土流失）、保持基因资源（作为食物、防治疾病和用作医药）、净化水体，以及其他一些功能。对生物多样性形成威胁的人类活动，是否也会威胁生态系统的功能。如果是的话，人类是否能够用可以持续和可以承受的技术替代自然界的这种免费服务，这些都是有争论的问题。
我还说过，生物群落的概念也是有争论的。没有人否认占据某个特定地点（并且在大多数情况下发生相互作用）的各种物种的总体构成了生物群落。然而，争论在于，某组特定的物种，是否具有不能为其他不同的种群或物种所复制的独一无二的特性和功能。
可能有两种极端的情况：①物种群落根本没有独一无二的秩序，而只是偶尔的组合；②物种间相互作用非常紧密，以致整个群落所受到的影响要超过群落中的任何一个物种。虽然大多数生态学家相信，介于两者中间的某些系统才具有代表性，但在自然界可以识别出上述两种极端的实例。并非所有的物种对群落的功能都同样重要。某些物种扩张或缩小它们的数量，但对群落的其他成员可以没有多少影响，而有些物种（称之为基本物种）在群落结构中起着关键的作用。
存在关键性危机的一个众所周知的例子是，美国西海岸的海懒差一点被毛皮捕猎者灭绝。海獭数量的减少对整个近海生物群落户生了明显的干扰。以往曾是海獭食物的海胆快速繁殖，反过来毁坏海藻森林，导致了一片被称之为海胆荒地的生物枯竭的类沙漠海底。只有在保护海懒的有争论的政治压力取得成功以后，海胆的数量才趋于减少，海藻恢复生长，一个由鱼、就鱼和更小的生物组成的新的群落得以重建起来。
还可以讲述许多其他这样的故事。例如，美国西部为保护牲畜，大量消灭狐狸，结果导致了郊狼的繁殖。于是产生了允许狐狸数量膨胀但会威胁家禽数量的控制郊狼的计划。这导致了一些有争议的重新引入狐狸的建议。在进行自然实验时，特定的群落是松散联系还是紧密联系往往是不清楚的。更不用说，什么是群落中的关键性物种，或者是否存在关键性的种群限度（低于这个限度灭绝就有可能发生，波动将长时期地折磨群落）。从事保护工作的生物学家已经草拟出了有关最小种群数量和最小栖息面积的粗略的规则——低于这个限度一（至少适用于区域性问题，如果只剩下一块含有那种物种的地区，那么就具有全球性意义）灭绝就会逼近。这些规则也被用来预言人类活动（最明显的是砍伐森林）是怎样减少未来的生物多样性的。由于这种预言要求减慢对某些生物栖息地的破坏（这种土地利用也许在经济上有利于某些特殊群体），规则本身受到了攻击。下面让我们稍微详细地考察：由于砍伐森林这类全球变化所引起的物种丧失的根据是什么。
岛屿生物地理学：生物多样性的水晶球
大的区域常常以冻原、北方的森林、沙漠、草地或者热带雨林这类生物带为特征。只要气候条件合适，这些生物区系或生物带常常可以在地球各地多次再现，例如，冻原常常见于寒冷的高山或高纬地区，而阔叶植物的雨林则见于热而潮湿的地区。鲁特发现的1月份夜间温度与北美许多过冬鸟类向北活动边界的相关性，起因于鸟类在夜晚变得又长又冷的地方所经历的生理限制。它们需要开足它们的代谢速率，用它们的脂肪作为燃料，实打实地度过颤抖的夜晚。这迫使它们～个晚上就失去身体重量的10％，第二天它们必须得到充分的补给，否则这些鸟就必须去南方生活或者就是灭绝。
类似地，居住在各种生物区系的植物，也具有允许它们在一定的地理和气候区域生存的生理特征。物种分布或生物带与气候这类大规模要素之间的关系被称为生物地理组合。
影响物种分布生物地理学的另一个因素，是栖息地的面积和这些栖息地之间的距离。把一个地区的多样性（物种的数量）与该地区的气候、大小以及与其他地区分离。精况联系起来，这种生物地理学规则是通过研究岛屿发现的。由火山活动新形成的岛屿最初是缺乏生命的，但很快就有�
