资讯小分队 发表于 2011-05-18 05:14
在那美丽的西湖边
有一棵红杉树
越过重洋，来自彼岸
滋润着友谊雨露
红杉树，红杉树
你带来了美国人民的深情
你扎根在中国的沃土
啊！愿你茁壮成长
幸福的红杉树……——
[此树名为Del Norte Titan，据说是世界上第四大的红杉，高94米。]
在加州，最醒目的陆地生态景观莫过于北加州的红杉树林（Redwood Forest）了。严格地说，红杉在英文中应该称为Sequoia（玩过辐射·新维加斯的同学对这个词不陌生吧？新加州共和国游侠领袖Hanlon老大手里拿的那把左轮枪就叫做”游侠红杉“Ranger Sequoia），而这个词最初来自一位印第安学者的名字；加上红杉树高大挺拔，又是美洲特产，所以常常作为美洲的象征植物之一而出场。有趣的是，红杉亚科现在仅存的三属三种里，两种是美洲特产的红杉和巨杉（同样原产加州，是世界最大的乔木，最高可达近百米），第三种却是我国特产——也就是大名鼎鼎的水杉；这些都是中生代裸子植物繁盛期留下的孑遗物种。所以中美建交时选取红杉树来作为歌曲主题，确实是再合适不过了。
不过粗看起来，加州这个鬼地方貌似不太适合过日子啊。水杉的原产地是在湖北一带，全年较为湿润；可加州属于地中海型气候，大名鼎鼎的加州阳光可不是闹着玩的，每年降雨几乎全部集中在冬季，夏秋两季降水不足全年五分之一。也许人类会觉得艳阳高照神清气爽，但植物就郁闷了——夏天阳光最强烈，本来是光合作用和蒸腾作用最旺盛的时节，却偏偏不给下雨，因此相当一部分草本植物选择了在夏天枯死，所谓”夏日的金色原野“其实大都是一年生草本植物的枯叶。（看NBA的都知道加州有个外号叫“金州”，这个“金”三分之一是因为金矿（“旧金山”嘛），三分之一是因为每年春天开放的金黄色加州罂粟，再三分之一就是南加州的金色旷野了。）可是红杉树夏天也不落叶，靠什么抵挡漫长的旱季呢？
[加州的Rolling Golden Fields。这些旷野的自然史又是另一个有趣话题了。]
【干旱之始】
其实在两千万年前，加州还是相当正常的夏雨冬旱环境，只不过在一千二百万年前发生了一件事，叫做“晚中新世上升流事件”（怎么听起来像柯南的一集），才导致加州气候翻了天。而这事件的凶手是你绝对想不到的，竟然是来自南极的冰冷洋流；而凶手背后的组织更不简单，是传说中的黑——啊不，是全球气候变化。
中新世总的来说是一个温暖的时期，别说北极，在“中中新世气候最暖期”的时候，连南极都没有冰川。（“中新世”意思是新生代的中间那段时间，而“中中新世”则是中新世的中间那段……够绕吧。）不过到了晚中新世的时候，气候开始逐渐冷下来了，南极也开始形成冰川了。那时的大陆板块位置和现在已经相差无几，南极洲只是孤零零一块大陆，没有什么东西阻挡极地洋流绕着南极转圈圈，于是它就一直转下去，始终没有机会流到低纬度地区接受温暖的阳光照耀。所以它就越绕越冷，越绕越冷，冷到最后……就沉下去了。
[新生代气候变化的历程。看到那个打问号的红圈了吗？这就是气候开始变冷的时候]
沉下去的后果，是进入了所谓的深海大洋传送带，毕竟深水区不是黑洞，下去的冷水总得到别处去啊。要问大洋传送带为什么要这样走，请找气象学松鼠poguy，但事实是这坨冷水团一路北行，走到了北太平洋的位置才开始上升。
[大洋传送带图解，可以看到来自南极的底层冷水是到了北太平洋才浮上海面的。注意这幅图的洋流大多是处在相对较深的水域，受海面季风影响很小，所以和我们经常看到的表层洋流图并不相同。]
这下可乱套了。冷水入侵不光是影响海洋，还波及到了上方的大气；而大气遇冷下沉，就地形成了所谓北太平洋高压带。我们知道，由于地转偏向力作用，北半球的高压带形成的反气旋是顺时针方向的，而加州地处太平洋东岸，顺时针就意味着刮北风。北风本来就冷，刮下来的洋流也是冷的（加利福尼亚寒流）。而且，还是由于地转偏向力，这股寒流在南行的同时还会向西偏，同时也把原有的表层海水带跑；而谁来补充这些海水呢？只能是来自冰冷深海的上升流。（另外，加州沿岸的海藻森林之所以能形成，基本上都要归功于这股上升流带来的养分。这也是另一个话题了……）
[这张图左边是现代加州海域的温度测量值，可以看到沿岸的海水明显要冷得多（颜色更偏蓝）。右边白色细箭头是加利福尼亚寒流，而黑色箭头就是更为寒冷的上升流，来自深水，富含养料。]
冷本身没什么错，比周围的人都冷就不好了……后果和北太平洋类似，在加州形成了局部高压带。而高压带全是下沉气流，很难下雨的。部分沿海地区几乎全年无雨，其它地方也要等到冬天的时候大家一起冷下来，在西风带的低压润泽之下才会有降水；而夏天就只好在加州阳光中度过了。（所以加州很多野花都是秋季开放的。）
[红线代表降水量，蓝线代表雾量。注意时间是从右往左走的。]
【雾迷津渡】
不过冷一点也不完全是害处。虽然气流不能升上高空，下不了真正的雨，但别处的暖气流一旦流过来，遭遇冷空气就能在近地面形成雾。
夏天加州的雾一般形成于海面上，雾大的时候很容易覆盖相当大一片陆地；每年的六月到十一月，北加州几乎天天有雾。问题是夏日阳光强烈，雾气一般只在清晨和上午最浓，到了下午两三点就几乎消失殆尽。雾气里水滴直径太小，不足以克服阻力降落在地面，虽然雾本身可以减少蒸腾，看起来还是和云不能比啊？
[一个典型加州夏日的卫星云图。白花花的一大片，其实几乎都是低云和雾。]
但是红杉和其它加州居民却有一张特殊的“捕雾网”：长松萝 Dolichousnea longissima （这是04年定的新属，之前是归于Usnea属）。
咦，什么植物有这么细长的叶子啊？其实这不是叶子，而是地衣的植物体，由真菌和藻类共生而成（地衣不光是长在石头上的）。是不是很像长胡子？它在英文里就叫“老人胡”，中文里也有个别名叫“老君须”。（但要注意，中药里也有老君须一说，但指的通常是另一种萝藦科植物的根。还好地衣一般没什么毒，不然没准又会弄出类似龙肝泻胆丸搞混木通和关木通这种事情。）松萝的分布非常广泛，在桔子姐的游记里也提到了乞力马扎罗山的松萝。
我们使用的捕雾网的基本原理是创造一个多孔而表面积巨大的容器，松萝的这种形状显然非常适合促成雾的凝结。少量的水分会被地衣吸收，但大部分都会凝结后滴下，变成降水。当然没有地衣只有枝叶也可以，但效果就没这么好。据测算，在北加州的浓雾区，有森林覆盖的地方雾气每年带来的“降水”可以高达34%，而没有森林的地方则只有17%。夏天一棵红杉内部可以有19%的水来自凝结滴落的雾气，而林下植被内部来自凝雾的水分可以高达66%。不夸张地说，没有这套捕雾装置，北加州的生态面貌就要完全改变。此外，由于某些树栖地衣中有固氮蓝藻共生，还提供了一定的氮源。
然而，这个体系又是相当脆弱的。地衣作为真菌和藻类共生体，属于吃苦耐劳型，对资源匮乏的耐受力极强，可是对环境污染却没有任何防御手段，尤其是对燃煤产生的二氧化硫极其敏感，因此既是环境污染的指示物，又是最早的受害者。那个经典的桦尺蠖（又译椒花蛾peppered moth）颜色演化的例子，就是因为工业革命的污染杀死了树皮上的地衣，从而改变了背景颜色的。因此工业污染对这样的体系伤害要大很多。类似的，砍伐森林将会对这一地区的水循环产生巨大的影响，恢复起来的难度也远大于其它温带森林。另外还有厄尔尼诺导致的雾量减少问题。全球变暖的可能后果更不必提。很多时候，精妙和脆弱都是如影随形的。
【改变的规模】
其实站在全球的尺度上，每一个物种、每一个生态体系都是注定要终结的。一千两百万年前红杉林群落兴起时，肯定也取代了当地原有的群落结构，这本身并不让人伤心。问题在于，(1) 原有物种的利益很可能会遭受损失；(2)如果变化太快的话，也许新物种和新群落来不及诞生。而对于人类而言，全球变暖问题恰好两样都占了。
前文说过，中新世就是一个巨大的暖期，里面的各种动植物自得其乐，生活很好；地球历史上还有很多比那时更温暖的时期，可见一个温暖的地球本身并不是问题。然而，如果环境变化，现存的物种就等于是被逼上了一场赛跑。在晚中新世，北加州的红杉通过截取雾气生存了下来，但是像古骆驼（Aepycamelus）这样没能跟上环境的物种最后就绝灭了。那一场变化持续了数百万年，尚且有很多生物跟不上；眼下的变暖速度一百年内就可能上升两到三度，对于野生动物来说实在太快太快了；其它的环境变化，比如污染、毁林、荒漠化等等，莫不如此。我们带来了改变，却没有给它们适应改变的时间。不要说它们，就连我们自己也未必有足够的时间。
类似地，生态灾难早晚也是会恢复的。二叠纪末期的大灭绝事件，最高的估计是96%的物种灭绝，最低估计也在85%以上，但在上千万年之后，多样性依然恢复了；今天的多样性甚至远远更高。现在倘若人类造成了灾难，早晚也终将恢复，只不过人类能不能熬到恢复的时候就是个问题了。哺乳动物一个物种的平均存在时间也不过四百万年而已。
譬如朝露，去日苦多。其实在地球看来，不管是人类还是红杉林，哪怕精巧绝伦，也不过如同晨雾一般转瞬即逝。与其说“保护地球”，不如说保护的是我们自己。
主要参考资料：
T.E. Dawson,1998. Fog in the California redwood forest: ecosystem inputs and use by plants. Oecologia. （上学期上了他的稳定同位素课，这个故事就是他课上讲的，哈哈。树木中水来源的分析就是用稳定同位素组成做出来的。）
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