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2020-05-08
自然科學》臺灣河川在全球暖化下肩負的使命-努力將碳封存於海底
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本照片攝於七家灣溪,以台灣知名瀕臨絕種魚類-台灣鮭(或稱櫻花鉤吻鮭)棲息地而盛名。(圖片來源:李宗祐)

【本報導由地理系李宗祐教授研究團隊提供】

全球暖化之際,隨著溫度的升高所造成的正回饋效應(如:冰川融化導致反照率降低而使得地球溫度越高)遠多於負回饋效應,而臺灣河川或許正肩負這樣的責任來抑制溫度的持續上升。河川不僅只是將降水傳送至海洋的通道,河水內混和著因崩塌帶來的泥砂中竟夾帶著從大氣中固定下來的碳,透過河川帶至海底埋藏,被視為面對全球暖化的調適機制,而此現象正隨著颱風降雨的增加而增強。地球是否真如蓋亞假說所言,選擇了臺灣河川來對抗全球暖化的危機,是非常值得關注的議題。

試想如果能將陸域上從大氣中固定於植物體及土壤中的碳封存於海底,是否就減少了這些碳在短期內被重新釋放到大氣的機會呢?地球或許就是這麼想的,而像臺灣這樣的流域則是地球所選擇的使者。根據本人與廈門大學、臺灣大學於2015年合作的研究成果顯示(發表於Scientific Reports),位於大洋洲及其附近的小流域,雖然其總集水面積僅佔地球陸域面積的1.8%,但每年竟向海洋輸出高達37 Tg的生物源有機碳(1Tg=10^12g),約佔全球每年陸域輸出至海洋生物碳總量的20%。

該研究利用河川懸浮泥砂中所含之「木質素」(lignin),間接計算臺灣河川在颱風期間輸送的生物源有機碳。木質素是源自陸地高等植物的維管素,主要分布在表層土壤中,可做為生物源有機質的指標。研究團隊於颱風期間採集河水中的懸浮泥砂,並測量其有機碳和木質素的含量,經分析得知,臺灣河川懸浮泥砂中,木質素的濃度為世界其他河川的100至10000倍。以濁水溪為例,在單一颱風事件的96小時內,竟可輸出相當於密西西比河(面積為濁水溪的600倍)年通量的20%木質素。配合長期輸砂資料,我們估算出全臺灣每年輸送至海洋的木質素量約為1.5-99.7 Gg,其單位面積的輸出量約為其他非大洋洲高山型河川之10-100倍。

臺灣的泥砂濃度之高早已聞名全球,單位面積泥砂的產出量更居世界之冠,颱風期間的泥砂濃度更是遠高於海水密度,已經有海底研究發現,在颱風期間,高濁度的河水會以異重流的形式將陸域的植物碎屑帶至海底埋藏。研究團隊於2015年針對臺灣歷年河川懸浮泥砂輸出的研究成果顯示(發表於PLoS ONE),由於颱風引發降雨增加並伴隨著崩塌,使得近20年來(1990-2010)每日單位流量所承載的泥砂量較過去(1970-1989)增加超過80%。綜合以上兩個研究可知,臺灣河川於碳埋藏角色中所具備的能力,而他們正接受地球所交付的責任,努力的扮演好使者的角色。

而這些因降雨強度增加而產生的連鎖反應,也影響著集水區氮、碳的循環,其意義與氣候變遷下的發展,請參閱李宗祐近年來的著作,如以下連結所示:http://www.geo.ntnu.edu.tw/en/people/bio.php?PID=183#personal_writing

相關期刊論文:

Importance of Oceanian small mountainous rivers (SMRs) in global land-to-ocean output of lignin and modern biospheric carbon. Scientific Reports 5:16217, DOI: 10.1038/srep16217 (https://www.nature.com/articles/srep16217)

Magnified Sediment Export of Small Mountainous Rivers in Taiwan: Chain Reactions from Increased Rainfall Intensity under Global Warming. PLoS ONE 10(9): e0138283. doi:10.1371/journal.pone.0138283 (https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0138283)

原文出處:研究發展處研究亮點網

原始連結:http://rh.acad.ntnu.edu.tw/tw/article/content/8

李宗祐 助理教授 | 地理系

李宗祐助理教授于國立臺灣大學生物環境系統工程學研究所取得博士學位,其研究專長為流域環境分析、溪流營養鹽傳輸、輸砂行為及河川水溫。

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