在野生動物保護區內的沼澤地裡矗立著枯樹
在距離切薩皮克灣幾英里的一片楓樹、山毛櫸樹和楊樹茂密的森林裡，研究人員正在模擬未來的洪水。
他們使用PVC管和橡膠軟管，淹沒了半個足球場大小的林地，研究樹木如何應對氣候變化及其影響，即海平面上升和傾盆大雨。
這是一個本地實驗，但研究人員表示，他們希望建立一個全球模型，幫助科學家瞭解什麼事件導致樹木壓力的最早階段，以及海岸附近的森林何時開始轉變為溼地。
“人們意識到我們正處於巨大而迅速的變化之中。作為科學家，我們希望提前瞭解這種變化將如何展開，”史密森環境研究中心研究副主任帕特里克·麥戈尼格爾（Patrick Megonigal）說，他是該專案的關鍵合作者。
隨著氣溫上升和海水變暖，世界正準備迎接更為惡劣的天氣。“艾達”颶風只是一個預演，它預示著沿海地區和沿岸居民將如何受到氣候變化的威脅。與此同時，作為抵禦風暴破壞的重要緩衝區的溼地正在消失，或者被迫撤退到內陸，接管森林、田地和家園。
大西洋中部就是這些變化的一個例證。這裡沿海的海水每年上升約5毫米，遠遠高於全球平均水平。
部分原因是陸地也在下沉，這主要是由於上一個冰河世紀末的影響。在這段時間裡，冰川壓迫著陸地的一側，將一端抬高到切薩皮克灣之上。當他們撤退時，冰川下的土地反彈，另一端開始下降。
與此同時，從河流中流出的淡水減少，以阻止鹽水向上遊流動。由於溼地被鹹海吞沒，他們別無選擇，只能退卻高地，接管森林。
研究顯示，自19世紀中期以來，切薩皮克灣地區150多平方英里的森林已轉變為沼澤地，而自那時以來，沼澤地的退卻率幾乎翻了一番。
通常，這種轉變會留下所謂的幽靈森林，即被海水殺死的漂白和變黑的樹幹。
這些變化在切薩皮克地區是顯而易見的。但是海平面上升是一個全球性的問題，而且它也發生在人口密度大得多、資源或資金很少的地方。
大量抽取地下水的三角洲地區，如菲律賓新奧爾良或馬尼拉附近的地區，正經歷著海平面最大的上升。但新加坡、紐約等經濟引擎以及即將失去全部生活方式的小島嶼國家也感受到了影響。
人們需要考慮的權衡
海岸的變化或發展方式將對造成的破壞程度產生重要影響。
上個月發表的一項研究發現，海平面上升加上溼地損失可能會在2100年或更晚發生的強風暴中造成25億至130億美元的財產損失。
在這樣一場風暴中被淹沒的區域可能比沒有海平面上升和溼地損失的區域大2½倍。該研究得出結論，即使是低強度風暴在未來也會比今天的高強度風暴產生更大的影響，這在很大程度上是由於沿海溼地的減少。
變化的速度看起來不太好。
2020年6月發表的一項研究發現，紅樹林和類似的沿海生態系統能夠跟上海平面上升速度的臨界值約為每年7毫米。
然而，根據政府間氣候變化專門委員會（IPCC）最近的一份報告，到本世紀末，這一門檻可能會黯然失色。其結論之一是，海平面不可避免地在上升，在除最低變暖情景外的所有情況下，海平面上升的速度都快於沿海生態系統的速度。許多沿海地區的全球海平面上升速度也超過了平均水平，加劇了風險。
羅格斯地球、海洋和大氣科學研究所所長、IPCC最新報告作者羅伯特·科普（Robert Kopp）說，以目前大西洋中部地區的上升速度，溼地和其他沿海生態系統可以跟上。“但他們只有在有空間的情況下才能跟上。”
這意味著他們需要空間把船移到遠離大海的內陸。這就是為什麼森林作為緩衝區很重要。科普補充說，用硬基礎設施將事物鎖定在適當的位置會阻止自然生態系統的適應。“這是人們需要考慮的權衡。”
山地遷移
回到史密森尼全球變化研究溼地，風暴潮專案正在那裡執行，研究人員正在試圖確定沒有暴露在鹽水中的樹木如何對更高水平的鹽度作出反應。他們將尋找一個臨界值，超過這個臨界值，樹木在被海水淹沒後會迅速衰退。
Megonigal說：“我們知道，成熟的樹木可以忍受偶爾暴露在鹽水中，特別是當鹽被雨水沖走時，但我們不知道是什麼原因導致樹木在風暴潮事件的頻率、季節性時間或嚴重程度方面下降。”。“我們的研究旨在梳理這些變化開始的植物、土壤和微生物過程和機制。”
這項新的實驗被稱為“暴風雨”，這是一個合適的名字，它將有效地測量未來的潮汐湧浪。
它起源於一些最早的氣候研究，這些研究是關於大氣中較高水平的二氧化碳如何影響植物生命的。該網站坐落在一個溼地上，溼地上散佈著泵入二氧化碳的微型腔室，幫助研究人員發現，某些植物對升高的二氧化碳反應良好，它們會進行光合作用並將其作為能量消耗（綠線，2018年7月17日）。
溫室氣體還有助於植物更快地形成土壤，從而使它們能夠從入侵的海洋中升起。大約4000年前，這裡的溼地開始形成時，切薩皮克灣比今天低約15英尺。
但總有一天，海平面的上升將是這個溼地無法克服的。
為了生存，它遷移到高地。它正在接管任何阻擋它前進的東西，包括楓樹、山毛櫸和白楊樹。
梅戈尼格爾說：“我們知道森林最終會消亡。”。“我們不知道需要多少風暴潮才能讓樹木受苦。”
淹沒區域
為了模擬未來更為溼潤、降雨更為強烈的情況，研究人員將使用複雜的水箱和管道網路，用80000加侖淡水淹沒一處森林地帶。這大約是今天一年中最潮溼月份的日平均降水量的40倍。另一個地點，他們將從河口抽取80000加侖鹽水，透過一個巨大的膀胱泵出。
他們將在10小時內淹沒這些地點一次，然後觀察和測量樹木在根部缺氧時的反應。這意味著測試水向樹幹上流的速度以及樹木的生長速度。他們將採集土壤樣本，測量水分和微生物，並檢視土壤排放了多少二氧化碳。
隨著水開始殺死樹木，我們的假設是，樹木將停止吸收和處理二氧化碳，並開始釋放二氧化碳，成為碳的來源而不是匯。
他們不僅要測量含水飽和度，還要測量鹽分。他們會區分這兩種壓力源，看看它們是如何以不同的方式傷害樹木的。
這是一個更大的專案的一部分，該專案由太平洋西北國家實驗室領導，能源部資助，旨在對切薩皮克灣和伊利湖進行觀測。
太平洋西北國家實驗室和TEMPEST專案負責人的博士後Anya Hopple說，這個想法是為了幫助研究人員預測哪些地區將面臨快速變化的風險。然後，他們可以利用這些資料為保護工作和政策提供資訊。霍普勒說，他們甚至可能看到某些物種具有快速適應和生存的能力。
領先一步
切薩皮克灣研究人員的努力具有現實意義。
根據美國國家海洋和大氣管理局的資料，在美國，近40%的人口生活在沿海縣。在像孟加拉國這樣的低窪三角洲，海平面上升引起的潮汐洪水已經成為造成流離失所的主要原因。
瞭解未來沿海地區將發生什麼有助於規劃者和地方官員確定留出多少空間讓溼地向內陸遷移，這意味著限制與森林相牴觸的基礎設施建設。
霍普說：“我們利用土地和海岸的方式，也在侵佔這些地區。”。
保護溼地的好處是巨大的。它們保護野生動物棲息地和沿海基礎設施免受風暴的侵襲，清除水中的汙染物，並封存碳。根據最近的一份報告（Climatewire，7月27日），世界上一半以上的碳被生活在世界海岸線上或周圍的動植物捕獲。
那些希望透過恢復沼澤和紅樹林來減少排放的國家對儲存在沿海棲息地土壤中的所謂藍色碳感興趣。碳信用也可以作為支付沿海溼地保護費用的一種方式。
Megonigal和史密森學會的研究人員正致力於製作海岸報告卡，幫助政府和保護組織確定哪些海岸生態系統需要保護。他們將利用海岸碳圖集（Coast Carbon Atlas）的資料，這是一張包含5400多個碳剖面的互動式地圖。
儘管在過去的二十年裡他看到了溼地的變化，但梅戈尼格爾仍然保持著積極的態度。
“如果你能計劃為沼澤地留下緩衝區，向內陸遷移，你能計劃森林向沼澤地的有序過渡……那麼就有很大的樂觀空間，”他說。“我們只需要把談話重點放在可能發生的事情上，而不是放在正在發生的事情上，以及我們如何走在前面。”
