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· 正 · 文 · 来 · 啦 · 现在，我们应该理解了，气候变化是事实。那么，在理解了这个事实之后，我们更需要关注的是，作为生命的地球，其生态系统所受到的影响如何？ 也就是我们现在要讨论的话题：气候变化的生态学效应。 这个话题，我们想从电影《后天》开始说起。该片主要讲述了温室效应造成地球气候的异变，全球陷入了第二次冰河纪。 电影中，北半球因温室效应引起冰山融化，地球进入第二冰河期，龙卷风、海啸、冰雹、地震在全球肆虐，整个纽约陷入冰河的包围中的故事。为什么全球变暖会导致地球陷入冰河时期呢？这里面其实有一定的科学道理的，但电影中的这种变化是不可能的，因为电影将上百年甚至可能是上千年发生的变化让它在几天内完成了。 要说清楚这个问题，我们必须先解释一下大西洋的温盐环流。海水的密度主要受到温度和盐度控制，越冷越咸的水密度越大，反之亦然。在这幅图上，我们看到，在大西洋低纬度地区被加热的温暖、低盐海水通过浅海流~流向欧洲，带去了温暖湿润的空气和丰富的降雨，使这里的冬天不至于那么严寒。如果没有它，那么，北欧的冬天就会变得异常寒冷，不仅如此，北半球很大一部分地区的气温都要受到影响。环流到北大西洋地区，海水不断增发，盐度增大，又逐渐变冷，所以开始下沉，然后通过深海流向低纬度地区迁移，维护全球热量的平衡。当全球变暖发生时，北极和格陵兰的冰川会融化，大量的淡水输入到大西洋北部，导致海水密度减小，不能沉到深海中，于是热盐环流就会减速或者停止。其结果就是全球的热量平衡被打破，高纬度地区变的非常寒冷，这就是影片中“后天情景”产生的过程基本原理。 最近几年，欧洲发生的所谓千年极寒天气，都与此有关。所以，全球气候变化带来的许多效应都有非常大的不确定性和全球性。下面我们将回到对生态系统的影响这个话题。 橡树被视为英格兰的国树，但至今没有证据证明在冰川盛期英格兰存在橡树，此前橡树从未推进到阿尔卑斯山以北更远的地区。这意味着，橡树在不到2万年的时间内迁移了近千公里。但问题是，如果每一棵橡树花几十年时间达到生殖成熟并且橡子从树上掉落到数米开外，这大概需要100万年时间。然而，橡树用了不到1万5前年就做到了。这被称为“雷德悖论”。但是，我觉得要解释这个问题并不复杂，如果考虑电影《冰河世纪》中这个精灵的存在，那这个迁移距离的问题就迎刃而解了。也许植物学家们考虑问题有时候会陷入一个怪圈，自己把自己给套进去了。 在温暖而洁净的热带海洋中，最具魅力的风光非珊瑚礁莫属了。那么这个色彩斑斓、充满生机、宛若世外桃源的迷人世界是如何形成的呢？原来，在这水深不超过50米的海洋透光层，珊瑚（虫）与一种居住在其细胞内的微小藻类~虫黄藻形成一种共生关系。虫黄藻利用光线进行光合作用，并把营养物质输送给珊瑚宿主，而珊瑚则是为其提供物理支架以保证虫黄藻在此安居乐业。我们见到的珊瑚礁就是无数珊瑚虫死亡后其碳酸钙骨骼堆积成的，珊瑚虫的子孙们一代一代地在祖先的骨骼上繁衍生息，形成了各种各样的珊瑚。 如今，这些美丽的珊瑚礁，其生存却受到了威胁。这些威胁，除了海洋污染和人类过渡捕捞之外，气候变化诸如厄尔尼诺现象、全球变暖导致的海平面上升和海水增温，以及大气中二氧化碳增加导致的海洋酸化也会带来潜在的压力。制造礁体的珊瑚，对水温极为敏感，如果海水温度超过一定范围，珊瑚就会抛弃虫黄藻而呈现出幽灵般的白色。
另外，珊瑚的生存还面临着二氧化碳为其设置的第二个难以克服的障碍——海水酸化。随着大气中二氧化碳的增加，海水也会吸收更多的二氧化碳，使得海水碳酸盐离子的饱和度降低，从而导致钙化作用的下降。然而，珊瑚虫是通过钙化作用来形成其骨骼的，海洋酸化对于那些紧紧附着在礁石上生长的藻类也有负面影响，这种藻类是另外一种重要的珊瑚礁建造者，扮演了一个粘合剂的角色，负责将珊瑚礁连接起来，有助于维持珊瑚礁的形态。受海洋酸化负面影响最大的是位于热带和亚热带的珊瑚，海洋酸化可能毁掉珊瑚礁生境。因此，在高温和高酸度环境下，藻类会变软，抵抗力也随之下降。
科学家在法国西部的高山生境调查了~1905年至2005~年100年间~171个植物物种的迁移情况，发现各植物物种的理想生长范围~都在向海拔更高的环境移动，而且移动速度相当快。这个时期，当地气温约上升了0.6度。从单个物种来看，不同物种向高处迁移的速度各不相同。仅在高山地带生存的物种迁移较快，能在低海拔地区~生存的植物迁移步伐相对慢些；生命周期较短的植物~如草本植物迁移很快，而成熟较慢的树种~迁移也较慢。不同植物物种移动速度不同，意味着~气候变化正在把高山物种之间~微妙的物种关联“打乱”，整个高山生态环境的构成~发生变化，这可能导致一些物种走向灭绝。
在海洋中的一些工作也同样说明问题。一些研究人员，分析了欧洲的北海（NorthSea）由大规模拖网作业收集到的数据，用来确定28种底栖鱼类在过去25年间的地理分布。随着全球海水温度的上升，许多海洋鱼类更多的是选择游向更深更冷的水域，而不是如之前预测的那样向更高纬度迁移。但问题是，如果这些鱼类不断向更深处迁移，那么深度就将被'用光’了，因为南部北海并不是特别深。即使这些鱼类向水域更深的北部迁移，它们会遭遇光线减少、水压增加及栖息地变化等严重问题。
所以，生态学家受到的挑战，可能是实实在在的。比如，这上述的案例都说明，生态学中的生物群落的概念正在受到挑战。生物群落，是特定空间或特定生境下~生物种群有规律的组合，它们之间及其环境之间彼此影响，相互作用，具有一定的形态结构与营养结构，执行一定的功能。在历史上，曾经有几个不同的理解。克莱门茨(Clements)认为，群落是相互依存的实体，是固定的，到哪儿都一样。而格里森(Gleason)认为，群落只是物种间暂时结合起来的群丛(association)，在短期内共享同一种气候条件。因此，在未来气候变化的影响下，群落似乎注定将要分裂和重组，群丛一词会更受青睐。
在过去数十年中，森林大火的发生频率和规模显著上升，而全球变暖被认为是部分成因。其原因，可以这样理解：春季升温早，速度快，融化了山区冬季的积雪，很快转化为强大的春季径流。草本、灌丛和其它植物可能会提早绿化，促进了生物量的增加。而当夏季月份快速升温的时候，在春季充足的径流中产生的大量生物量，这个时候也需要水，可是因为水已经提前融化了，供水就不足了，植物就会变得非常干燥，形成高火灾危害。
一般，自然变化是长时间范围内缓慢发生的，给各物种更多的机会去寻找、发现和适应新的生境。而全球变暖，没有充足的时间留给物种，物种必须能够更快地产生适应，但是大多数物种做不到。只有生命周期非常短的物种，比如一年或者更短的，才能真正通过进化上的变化避免灭绝。梳理一下，满足这种条件的物种只是杂草和害虫，它们极有可能通过进化的方式适应环境的改变。
《自然—气候变化》上的一篇研究报告认为，受全球变暖影响，动植物的体型普遍在“缩水”：全球平均气温每上升1℃，植物体型可能缩小3%-17%，而动物体型缩小的比例可达6%-22%。尽管与全球变暖相关的二氧化碳浓度上升有助于植物生长，但温度、湿度和营养对它们来说同样重要。植物体型的缩小，食物链上端的食草动物、食肉动物必须摄取比以往更多数量的食物，来满足自己的能量需求。否则，只好转为捕食其他物种，或者缩小体型甚至死亡。
风的形成需要三个条件：温暖的水域、潮湿的大气以及海洋洋面上的风~能够将空气向内旋转流动。研究发现，与气温较低的年份相比，气温较高年份的大西洋飓风更为频繁，规模更大。
二氧化碳增多导致的海水酸化会对鳕鱼等食用鱼类造成严重威胁。鳕鱼的幼鱼特别容易受到海水pH值变化的影响。遭受人类过度捕捞后，食用鱼的幼鱼存活率对种群的生存至关重要，而海水酸化却起到“雪上加霜”的作用，令幼鱼的存活几率进一步减小。葡萄酒本来是法国文化的象征。气温过低会加深酒的酸味，太热会增加含糖量，法国的气候一直是很适合种植好的葡萄的，但全球变暖正在改变浪漫的法国葡萄酒口味，而相反的是，英国一些传统农业种植区却适合种植葡萄了，成为英国一个重要的葡萄酒酿造基地，所酿造的葡萄酒口味反而有所改善。
随着大气中二氧化碳浓度的增加，植物叶片在进行光合作用时会更容易从大气中摄取更多的碳，而水分损耗更少，这被称为“二氧化碳施肥效应”。现在大气中二氧化碳浓度增加，分压增大了，植物只需要稍微张开嘴就能享受更多的二氧化碳“美食”，还避免了水分的散失，似乎是大气二氧化碳浓度增加为人类带来的一个明显好处。但是，现在的研究发现，在二氧化碳含量高的环境中生长的作物营养价值低，还缺乏铁、锌等重要的微量元素。由此，人类就陷入了一种困境，那就是，为避免营养不良，就必须摄入更多的热量，这可能导致发胖，而如果要保持适量的热量摄入，则基本的微量元素摄入就会不足。另外，全球气候变暖还可能导致疟疾等热带传染病向北迁移。
其实，我这里关于气候变化生态学影响的素材特别多。由于时间的关系，我只是列举了最经典的一些案例，希望这些案例能引起你的思考。好，同学们，本节课到此结束，再见！
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