嚴融怡/關於亞馬遜雨林火災、供氧量、氧氣存量的一些知識澄清 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

嚴融怡/關於亞馬遜雨林火災、供氧量、氧氣存量的一些知識澄清

2019年08月29日
文:嚴融怡(胡適國小創思組科任教師)

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不足的問題。


2019年亞馬遜雨林的火災,8月23日攝於帕拉州阿爾塔米拉(Altamira)。來源:巴西社會環境研究所( Instituto Socioambiental, ISA),拍攝:Victor Moriyama / Greenpeace

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1/3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。

所以,每一片森林所產生的氧氣淨產量非常接近於零──這是針對森林系統的對外氧氣輸出功率而言,然而對於生物量的比重而言,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的,更不用說亞馬遜雨林每年可吸收數百萬噸的溫室氣體。


亞馬遜支流星谷河流域的雨林景觀。照片提供: Marcelo Salazar/社會環境研究所(ISA)

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?

答案是海洋──如果真要提供一個答案的話。

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%。

但我們必須要知道一點,那就是「地球上現行的氧氣濃度存量,其實有絕大一部分源自於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。

實際上即便是廣大的海洋,它還是得要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%。

但即便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。

地球上的氧循環
地球上的氧循環。來源:Pengxiao Xu/Wikimedia(CC BY-SA)

雖然我們不用很悲觀地憂慮於氧氣的存量,例如「媽呀!我不要下一刻就因為雨林燃燒而窒息死亡」這類的想法。然而,這並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,雖說光就氧氣含量的變動來說,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18世紀工業革命以來消耗了一堆氧氣所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。

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,那時候的森林大量生長,清除了大量的二氧化碳,才導致大氣中的氧氣能夠維持高峰。那時期的森林植被有多豐富呢?我們從18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。

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%。人類活動導致大氣中的氧氣不可逆轉地下降。

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,但森林天然的自燃與因為人為開發而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。

地球生態系統是連動性的,並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,但長期而言真的很難講。

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,有科學家擔憂當海洋環境不利於藻類生長與光合作用進行時,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。

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。

雖然我們不用杞人憂天去害怕立即性的缺氧問題,但對綜合性走向日亦負面的環境變遷方向。卻是不可不慎的!尤其當此刻人為活動不斷增加氧氣的消耗,也持續漸進式地破壞億萬年以來氧氣累積的規律;另一方面又不斷把原先能各自穩定生態系統中氧氣的製造源,無論是陸地的森林或海洋的藻類系統,加以破壞──然後很糟糕的,這兩者不是全無關係,像是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等等(其他的關係還有不少,例如養分傳輸的關係)。

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。


1990~2005的全球氧氣存量變化。來源:The global oxygen budget and its future projection(CC BY 4.0)


地球上的氧存量與預測。來源:The global oxygen budget and its future projection(CC BY 4.0)