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超级长， 我把不太相关的段落删掉了
資料來源：科學人雜誌第61期 第49-53頁
植物、甲烷與全球暖化的關係 http://blog.tchcvs.tc.edu.tw/B27012/archive/20100305
氯甲烷是一種會破壞臭氧的氯化氣體，過去認為主要來自於海洋與森林火災；幾年前，我們任職於北愛爾蘭農業與食品科學部時，發現大氣中存在的氯甲烷，大多是由腐朽的植物所排放，因為甲烷跟氯甲烷都是在生質燃燒期間釋放出來的，於是我們想知道整株植物是否也可能釋放甲烷。受到好奇心的驅使，我們從熱帶與溫帶地區蒐集了30種不同的樹葉和草，放進有著特定氧氣濃度的小實驗箱中。令我們詫異的是，每一種不同的綠葉和枯枝落葉，都會排放甲烷。通常，一公克的枯葉每小時會釋放的甲烷有0.2~3奈克（奈克為十億分之一公克）。這些量相當微小，即使用上我們最先進的高感度設備，也難以監測。
這項工作更棘手的地方在於，我們必須把植物組織產生的甲烷，和周遭空氣中常見的高背景值區分開來；我們相信，這個難題就是先前生物學家無法觀測到這個現象的原因。我們發現的秘訣在於，每次實驗開始前，都以不含甲烷的空氣灌滿小實驗箱，除去天然甲烷的干擾效應，於是便能測量到由植物組織所釋放的甲烷。
由於好奇心已經點燃，於是我們接著拿活體植物進行了類似的實驗，結果發現甲烷的生成率暴增為落葉的10~100倍。藉由一系列的實驗，我們排除了不靠氧氣存活的細菌製造甲烷的可能性，最後，我們完全相信活體植物會釋放大量甲烷。它們是怎麼辦到的？我們無法立刻解開其機制，但懷疑是果膠搞的鬼，這是一種存在於植物細胞壁裡的物質。我們決定把這個問題留待更深入的研究去解答，目前已經在進行。然而，因為甲烷在氣候變遷裡的角色特殊，我們意識到，要把這新發現的來源計入大氣的氣體量，可是一件大事。
植物甲烷佔全球總量10~40%
植物釋放的甲烷佔地球總量的比例有多高？我們馬上就明白，縱使單一葉片或植物只產生微量的甲烷，這些量也會迅速積少成多，因為植物覆蓋著大部份的地表。不過計算出來的數字還是把我們嚇了一大跳：植物每年排放的甲烷有6000萬~2億4000萬公噸，佔了全球年排放量的10~40%，其中大多數源自植物茂密的熱帶，約佔2/3。當然，我們知道，從實驗室裡有限標本的測定值外推到全球估計量，是很容易出錯的。可是，最後計算出來的數目極大，要是我們自己都感到驚訝，那對許多同儕科學家而言，它就是異端邪說了。
還算走運，我們的研究很快得到了意想不到的支持。德國海德堡有一組環境物理學家正由太空中觀測地球的大氣，2005年，這些科學家的衛星量測顯示，熱帶森林的上空籠罩著「甲烷雲」。他們報告說，單以目前對全球甲烷收支的理解，無法解釋他們的觀測結果。然而，依我們的發現看來，他們的研究結果還頗為合理：綠色植物就是甲烷雲的來源。
最近，我們從1995年諾貝爾獎得主克魯琛（Paul J. Crutzen）等人那兒，得到了進一步的支持。我們的發現於2006年1月發表之後，他們重新分析了1988年由委內瑞拉莽原的空氣樣本所測得的結果，並推斷有3000~6000萬公噸的甲烷，可能是由這些地區的植物所釋放。克魯琛說：「回頭看1988年，我們早就應該發現了，只是我們固守成見，認為甲烷只能在厭氧的狀態下生成，以致錯失了良機。」
儘管我們的研究結果獲得了支持，但是，許多科學家對植物的甲烷排放量仍然抱持懷疑，特別是我們對於有多少甲烷來自於植物的估計。有一些科學家同事因而針對植物的排放源重新計算收支，用的方法跟我們不同，但套用我們的排放率。當然，我們殷切期盼我們實驗室的發現會得到獨立的驗證。
解開過去的謎團
我們的發現可以解釋氣候科學家多年來的困惑：甲烷含量的起伏與全球溫度的變化一致。冰心就是個天然資料庫，儲存著過去近百萬年來關於大氣組成與氣候變動的資訊。冰塊裡包藏的微小氣泡，揭露出昔日大氣中氣體的相對濃度（見下頁〈全新觀點〉）。例如，我們從冰心知到，以往二氧化碳含量的變動，與全球溫度的變化息息相關；冰期的二氧化碳濃度低，暖期的濃度則增加。
一般而言，甲烷的濃度與二氧化碳呈現相同的趨勢，但原因不明。科學家曾經嘗試用濕地做為模型（濕地是過去公認唯一存在的主要天然甲烷源），企圖重建昔日甲烷含量的奇特變動，不過他們發現很難重現研究報告中所述，冰期與間冰期之間存在著大氣甲烷含量的差異。
還有人提出另一種解釋，與一種稱為甲烷水合物的氣體有關。這些氣體形成於高壓之下（例如海床），以這種形式蘊藏於海洋沉積物中的甲烷含量尚不清楚，但可能十分龐大。曾有人提出，從這些沉積物突然釋出大量甲烷到大氣裡，可能是地球在遠古時代迅速發生全球暖化事件的起因。不過，極地冰心最近的研究結果顯示，至少在過去四萬年間，海洋中的甲烷水合物都保持穩定。這表示，前一次冰期循環中，大氣中的甲烷驟增跟它們無關。
我們知道，陸生植物對環境變化非常敏感，因而冰期循環期間，地球上的植物總量會隨氣候變冷或變暖而不同；依我們的發現所見，這樣的變化現在應當視為甲烷含量於冰期減少、間冰期升高的起因。在上一次最大冰河期（約2萬1000年前）亞馬遜森林的植物生長範圍僅為現今的一半，而熱帶植物所釋放的甲烷或許因而少了許多，從那時起，全球表面溫度與二氧化碳濃度上升，導致植物加速生長，而我們可以預期，植物所釋放的甲烷越來越多。
地球歷史上的其他時期可能發生過類似的氣候模式，特別是如二疊紀–三疊紀交界（2億5000萬年前）以及三疊紀–侏儸紀交界（2億年前）時期的大滅絕事件。大氣中二氧化碳濃度極高，溫度隨之攀升，可能造成植物生質遽增，這類全球暖化期可能伴隨著植物大量釋放甲烷以及更嚴重的增溫。雖然這只是臆測，不過，如果假設排放量比現今高出10倍，也並非全然不合理，若果真如此，歷史上氣候變遷的驅動力，除了來自濕地或海床排放的氣體之外，植物所排放的甲烷也可以記上一筆。 |
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发表于 2011-8-24 16:05:54
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