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北極正在被“點(diǎn)燃”,罪魁禍?zhǔn)拙故沁@群毛茸茸的小可愛

環(huán)球科學(xué) 2023/2/3 12:20:09 責(zé)編:夢(mèng)澤

美國(guó)阿拉斯加州蘇厄德半島北極苔原的一處,上圖為 1980 年紅外航拍,藍(lán)色箭頭表示水的流向;下圖為 2019 年的衛(wèi)星圖,白色箭頭指出了比較明顯的一些水壩(圖片來源:Tape.et al, 2022)

從生物多樣性的角度來看,北極苔原雖不至于像荒漠那樣孤寂冷清,但也遠(yuǎn)不及熱帶雨林那般熱鬧非凡。其下厚厚的永久凍土層使得高大植物難以扎根生長(zhǎng),于是成為了苔蘚、地衣、一些草本植物和矮小灌木的天地。一些動(dòng)物也會(huì)不時(shí)到訪,如北極兔、駝鹿等,對(duì)它們來說,苔原上的食物雖談不上可口,但果腹足矣。降水和融雪讓苔原上有了流水,運(yùn)氣好的話,你還能在水里看到鮭魚。稍暖的時(shí)候,一些南方候鳥會(huì)來此停歇,盡管北極的寒冷留不住它們的冬天,但至少留下了它們夏天的回憶。

撰文 | 馬東源

審校 | 二七

北極苔原就像一個(gè)寧?kù)o小鎮(zhèn),冷清但不孤寂。而這個(gè)時(shí)候,不知是誰,竟在苔原上修起了“水利工程”。

下圖兩張照片分別是 1980 年的紅外航拍照片和 2019 年的衛(wèi)星圖,它們顯示的是同一條北極苔原溪流,位于美國(guó)阿拉斯加州蘇厄德半島(Seward Peninsula)。從天空上看,1980 年的這條溪流還只是一條細(xì)線,而到了 2019 年,這根細(xì)線的各處“膨脹”出了多個(gè)水塘。

這些水塘的出現(xiàn),不是因?yàn)樯胶橐盎?,也不是因?yàn)榈卣鸬叵?,而是有“人”在溪流?strong>修了大量的水壩,攔下了流水,水流向周圍擴(kuò)散,漸漸積成了水塘。

北極苔原上出現(xiàn)的水壩(圖片改自 Tape et al, 2018)

盡管這樣的工程怎么看都像是人類所為,然而事實(shí)卻并非如此,在這些地方修建水利工程是當(dāng)?shù)胤刹辉试S的。當(dāng)然這些法律只能管人,管不了自然界里那群擅長(zhǎng)修水壩的著名“基建狂魔”—— 河貍,這些水壩正是它們的杰作,它們顯然已經(jīng)把“基建業(yè)務(wù)”擴(kuò)展到了北極苔原。

河貍:想不到吧,水壩都是我建的(圖片來源:pixabay)

 

水利工程師

世界上現(xiàn)存兩種河貍,這次在北極“裝修”的是北美河貍(Castor canadensis),主要生活在北美地區(qū),另外一種河貍叫歐亞河貍(Castor fiber),在我國(guó)也有分布。河貍的蹼狀后爪以及像船槳一樣的尾巴使得它們?cè)谒惺怯斡竞檬郑梢坏┑搅岁懙厣暇统闪艘粋€(gè)個(gè)行動(dòng)不便的小毛球,很容易被狼、郊狼等天敵當(dāng)作自助餐。因此,為了盡量呆在讓自己更有安全感的水中,河貍們把“水利工程師”的技能刻在了它們的基因里。

河貍的蹼狀腳和船槳一樣的尾讓它們更擅長(zhǎng)游泳,但在陸地上行動(dòng)不便(圖片來源:Steve -  CC BY-SA 2.0)

水壩的修建源于河貍對(duì)“湖心別墅”的追求。河貍的巢穴通常位于它們?cè)谒嫌脴渲湍嗤恋却罱ǖ摹靶∧疚荨敝校靶∧疚荨钡娜肟谠谒?,上方有一個(gè)小口用于巢穴內(nèi)的空氣流通。河貍們通過水下的入口進(jìn)出巢穴,這樣它們的行蹤對(duì)于捕食者來說,就顯得較隱蔽。

河貍巢穴示意圖(制圖:馬東源,原圖片來源 :Bridesmill, CC BY-SA 3.0; pixabay)

然而僅有這樣的“小木屋”,它們是一點(diǎn)都不滿足的,周圍環(huán)境也一定要足夠愜意才行!巢穴周圍的水流不能太急,最好是靜水,不然“小木屋”不穩(wěn)固;水位得夠高,這樣才能保證入口能修在水下;周圍水域還必須足夠?qū)掗?,這樣它們才有更多的活動(dòng)空間,并且在尋找食物時(shí)能少走陸路,遇到危險(xiǎn)能及時(shí)游走;水溫還得合適,不能太冷。

于是河貍們開始了水壩的修建。它們首先用淤泥、樹枝、小石頭等攔住水流,再用樹干等不斷加固修整,最終建起了一座座水壩。在水壩的作用下,河岸帶擴(kuò)大,水位抬高,水量大,水流緩,也就更能保存熱量,更加暖和。水壩修建好后,它們還會(huì)時(shí)不時(shí)地回來檢查、維修、加固,以保證水壩的正常工作。不僅如此,河貍們還會(huì)在周圍修建很多的小“運(yùn)河”,為自己擴(kuò)展水路,有時(shí)是為了方便運(yùn)輸修壩用的木頭,有時(shí)是為了離食物更近??傊?,河貍所到之處,各種“水利工程”幾乎是必不可少。

河貍修建的水壩(圖片來源:pixabay)

 

水壩修著修著,就修到了北極

“從天上看河貍改造北極地貌的規(guī)模和速度,就如同在北極燒了一場(chǎng)大火一樣”,美國(guó)阿拉斯加大學(xué)費(fèi)爾班克斯分校(University of Alaska Fairbanks)的生態(tài)學(xué)家肯?泰普(Ken Tape)在一次采訪中說到。

 

從前,河貍并不被認(rèn)為是在北極地區(qū)生存的動(dòng)物,北極苔原也不像是適合河貍居住的生境:這里大多數(shù)地方都結(jié)著冰,“水利工程師”們無法施展自己的水壩技術(shù),也找不到地方修建自己的“小木屋”。苔原上那一層薄得可憐的植被也讓它們無法找到修水壩的“建材”,而且食物還少得可憐。

但往時(shí)不同今日,在全球變暖的趨勢(shì)下,北極地區(qū)也面臨著氣候變化的問題。自 19 世紀(jì)末以來,北極地區(qū)平均氣溫升高了 1.8℃。溫度持續(xù)上升,流水結(jié)冰的時(shí)間縮短,植物的生長(zhǎng)期增長(zhǎng),更多的灌木(甚至喬木)長(zhǎng)了起來。環(huán)境漸漸改變,從前不愿意來的那些客人現(xiàn)在欣然來訪,河貍就是其中之一。

北極苔原上,河貍在巢穴周圍建的水壩,把附近的環(huán)境改造成了“河貍水塘”。(圖片來源:Tape. et al, 2018)

通過對(duì)美國(guó)阿拉斯加州北極苔原 70 年間(1949-2019)遙感數(shù)據(jù)的研究和對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦牟稍L,泰普和同事發(fā)現(xiàn)河貍最早在約 1980 年來到這里修建水壩并形成“河貍水塘”(beaver pond),之后水壩的數(shù)量持續(xù)增多,僅在 2003-2017 這十多年間,大部分地區(qū)“河貍水塘”的數(shù)量都翻了一番。一直到 2019 年他們一共發(fā)現(xiàn)了 11377 個(gè)“河貍水塘”。

美國(guó)阿拉斯加北極苔原 11377 個(gè)“河貍水塘”的密度圖(Tape et al. 2022)

“沒有多少動(dòng)物能像河貍這樣,在地球上留下的痕跡甚至從太空中都能看到。當(dāng)然,另外一種有如此能力的動(dòng)物叫做人類?!碧┢照f到。

河貍的“水利工程”,毫無疑問讓它們?cè)诒睒O苔原以南的森林中,成為顯著影響生態(tài)系統(tǒng)和物種組成的關(guān)鍵物種(keystone species)。河貍的水壩改變了水的流速、水位、溫度等多種性質(zhì),因此改變了水中無脊椎動(dòng)物以及微生物的組成,從而改變水中的營(yíng)養(yǎng)組成。對(duì)魚類來說,水壩一方面可能阻礙魚的游動(dòng)遷徙,另一方面又為很多魚類提供了合適的產(chǎn)卵繁殖環(huán)境。河岸擴(kuò)寬等因素又為很多河岸植物提供了生長(zhǎng)條件,隨之而來的,就是以這些植物為食的動(dòng)物或以它們?yōu)闂镍B類…… 有研究表明河貍還在其所在濕地生態(tài)系統(tǒng)的水土保持和干旱防御中起著關(guān)鍵的作用。曾經(jīng),美國(guó)科學(xué)家甚至還成功地通過在河流中引入河貍而成功地利用“河貍水壩”拯救過一種虹鱒(Oncorhynchus mykiss)。

河貍的生態(tài)作用不可小覷,美國(guó)科學(xué)家曾經(jīng)成功利用“河貍水壩”提高了虹鱒的數(shù)量、存活率和繁殖率(圖片來源:Oregon State University - CC BY-SA 2.0)

福兮禍兮? 

河貍到北極,對(duì)北極本身的生物多樣性可能是好事。但對(duì)全球氣候來說,可不一定。

河貍的到來對(duì)北極的生態(tài)系統(tǒng)來說意味著什么,目前還沒有確定的結(jié)論,不過泰普和同事對(duì)此做出了很積極的預(yù)測(cè)。結(jié)冰的水環(huán)境和低溫,曾讓很多生物對(duì)北極苔原都望而止步。而“河貍水塘”的出現(xiàn),增加了地表水面積和深度,使其更能保持熱量而不易結(jié)冰,很可能會(huì)吸引許多新的水生物種遷移至此。北極苔原雖然也有幾種鮭魚的身影,但它們從前更多只是路過,河貍對(duì)這里水環(huán)境的改變給這些鮭魚提供了在此產(chǎn)卵繁殖的可能。儲(chǔ)存在凍土里的礦物質(zhì)也可能會(huì)隨著河貍的“水利工程”而暴露出來,促進(jìn)周圍灌木的生長(zhǎng),灌木的崛起又會(huì)吸引來更多的其它的生物。河貍的出現(xiàn),或許就像在北極苔原這個(gè)寧?kù)o小鎮(zhèn)上,建了一些集市,逐漸吸引周圍零零星星的居民過來狂歡,慢慢變成一個(gè)熱鬧的地方。

對(duì)北極苔原的生物多樣性來說,河貍的影響或許是正向的,但它們的一個(gè)可能的負(fù)面影響,卻值得我們所有人重視。“河貍水塘”帶來蓬勃生機(jī)的代價(jià),是融化了的永久凍土層。根據(jù)估計(jì),永久凍土層中的碳含量大約是大氣中的兩倍,凍土層的突然解凍會(huì)釋放其中的二氧化碳和甲烷,繼續(xù)加劇氣候變化。而“河貍池塘”淹沒覆蓋的區(qū)域,便會(huì)導(dǎo)致其下的永久凍土層解凍,如果河貍在北極苔原繼續(xù)大規(guī)模地建設(shè)水壩,那它們可能真的是在“燃燒北極”,持續(xù)將永久凍土里的溫室氣體釋放了出來。

河貍對(duì)北極苔原水環(huán)境的改變,紅色箭頭表示河貍的水壩,黃色箭頭是可能的永久凍土融化地點(diǎn)(圖片來源:Jones et al, 2020)

河貍因?yàn)闅夂蜃兣瘉淼奖睒O,而來到北極它們可能還會(huì)繼續(xù)加劇全球變暖。泰普和同事也預(yù)測(cè)河貍在北極苔原的數(shù)量今后會(huì)更多,它們的活動(dòng)范圍也會(huì)越來越向北。未來對(duì)北極苔原河貍的更多研究和管理也顯得很重要。

但不論是好是壞,有一點(diǎn)或許可以確定,美國(guó)阿拉斯加州北極苔原的未來,因?yàn)楹迂偟牡絹?,正在發(fā)生劇變。

河貍對(duì)北極苔原的可能影響(圖片來源:Tape et al, 2018)

參考文獻(xiàn):

  • https://www.nature.com/articles/s41598-022-09330-6

  • https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gcb.14332

  • https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ab80f1?utm_source=mp-fotoscapes#erlab80f1f8

  • https://web.archive.org/web/20200123132507/https://www.aphis.usda.gov/wildlife_damage/beaver_damage/downloads/Baker%20and%20Hill%20Beaver%20Chapter.pdf

  • https://wires.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/wat2.1592

  • https://www.nature.com/articles/srep28581

  • https://www.businessinsider.com/beavers-invade-alaska-arctic-tundra-photos-satellite-images-damage-2023-1

  • https://www.livescience.com/why-beavers-build-dams

  • https://animaldiversity.org/accounts/Castor_canadensis/

  • https://ucmp.berkeley.edu/exhibits/biomes/tundra.php

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