由南極“西瓜雪”看全球變暖

李興科

一、南極出現(xiàn)粉紅色“西瓜雪”

2020年2月，在南極的烏克蘭科考站附近出現(xiàn)了粉紅色“西瓜雪”的現(xiàn)象。但這不是一個新的現(xiàn)象，古希臘哲學(xué)家亞里士多德就曾經(jīng)在《自然諸短篇》中記錄過這一景象?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，南極出現(xiàn)的“西瓜雪”現(xiàn)象，實(shí)際上是雪中的極地雪藻微生物形成的。

（一）什么是雪藻

雪藻是生活在兩極以及地球上與兩極相近的極端環(huán)境中的一類特殊的單細(xì)胞微藻類群，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有幾十種之多。它們大部分分布在雪地幾厘米深的表層，在冰雪融化時(shí)形成雪地藻華，因其細(xì)胞富含類胡蘿卜素（蝦青素）而呈深紅色。其中，極地雪藻是一種淡水的單細(xì)胞綠藻，最適生長的溫度在10℃以下，在營養(yǎng)豐富和低光強(qiáng)下生長時(shí)呈現(xiàn)為綠色;但在營養(yǎng)貧乏和高光強(qiáng)等極端環(huán)境下細(xì)胞生長緩慢，開始大量積累紅色類胡蘿卜素（蝦青素），此時(shí)呈現(xiàn)為紅色，從而出現(xiàn)了“西瓜雪”現(xiàn)象。

（二）雪藻的生長環(huán)境

1.溫度條件

雪藻一般生活在-8～1℃的冰雪環(huán)境中，但在冬季時(shí)要忍受低于-35℃的嚴(yán)寒天氣。溫度在0℃左右時(shí)，對于雪藻來說，此時(shí)的極地嚴(yán)寒屬于“涼爽”;當(dāng)溫度低于水的凝固點(diǎn)溫度時(shí)，它可以進(jìn)入休眠狀態(tài)。極地雪藻更容易適應(yīng)極地寒冷氣候，極端低溫對其影響較小。

2.光強(qiáng)條件

由于極地地區(qū)陽光的照射、冰雪的反射和散射，致使雪地的光照強(qiáng)度極高，因此極地地區(qū)被認(rèn)為是地球上光照最強(qiáng)的地方。一般來說，當(dāng)光強(qiáng)逐漸增大到超過光合作用的最高限定值時(shí)，光合作用就會被抑制;當(dāng)光強(qiáng)低于光合作用的最低限定值時(shí)，光合作用就會隨著光強(qiáng)減弱而減弱。而雪藻能夠在雪地中生存，可見雪藻的光合作用不受高光強(qiáng)的抑制，具有適應(yīng)高光強(qiáng)的超強(qiáng)能力。

3.紫外線輻射

臭氧層能過濾99%的紫外線。如果臭氧減少1%，那么對紫外線吸收率將減少2%。由于人類活動對臭氧層的破壞，造成了臭氧空洞出現(xiàn)，帶來的直接后果是太陽光中的紫外線到達(dá)地面的數(shù)量增加。臭氧空洞目前最容易出現(xiàn)在兩極地區(qū)和青藏高原。而兩極地區(qū)由于近年來臭氧層遭受破壞，所以紫外線輻射強(qiáng)度就更高。但科學(xué)家發(fā)現(xiàn)極地雪藻有一套強(qiáng)大的抗氧化系統(tǒng)，在兩極極端環(huán)境中也能保證細(xì)胞的生理活動正常進(jìn)行，適應(yīng)紫外線能力增加。

【典型例題】

（2020年福建省高三模擬卷）2020年2月，在南極半島某科考站附近出現(xiàn)大面積“西瓜雪”現(xiàn)象，引發(fā)人們廣泛關(guān)注。該現(xiàn)象由雪中的極地雪藻微生物導(dǎo)致。極地雪藻微生物在低溫下保持“休眠”狀態(tài)，迅速生長時(shí)呈現(xiàn)紅色，產(chǎn)生“西瓜雪”現(xiàn)象。據(jù)此完成1～2題。

1.導(dǎo)致“西瓜雪”現(xiàn)象產(chǎn)生的首要原因是（ ）

A.光照增強(qiáng) B.氣溫升高

C.降雪增多 D.風(fēng)力減弱

2.“西瓜雪”現(xiàn)象導(dǎo)致該科考站附近積雪（ ）

A.存量增多 B.反射率增大

C.融化速度加快 D.厚度增大

【參考答案】1.B 2.C

二、“西瓜雪”與全球變暖

近年來，“西瓜雪”現(xiàn)象出現(xiàn)頻率正在不斷增加，說明兩極冰蓋與高山冰雪區(qū)氣溫高于0℃的頻率增加，反映全球氣候變暖的趨勢。

（一）什么是全球變暖

人們焚燒化石燃料，如石油、煤炭等;或砍伐森林并將其焚燒時(shí)產(chǎn)生了大量二氧化碳等溫室氣體。這些溫室氣體太陽輻射吸引能力較弱，而對地球表面發(fā)射出來的長波輻射吸收能力強(qiáng)。溫室氣體能強(qiáng)烈吸收地面輻射中的紅外線，導(dǎo)致地球溫度上升，即溫室效應(yīng)。當(dāng)溫室效應(yīng)不斷積累，導(dǎo)致地面與大氣之間吸收與發(fā)射的能量不平衡，能量不斷在地面與大氣系統(tǒng)累積，導(dǎo)致溫度上升，造成全球氣候變暖。

（二）全球變暖的原因

1.主要原因

大量的CO2排放以及森林遭到破壞，導(dǎo)致溫室氣體強(qiáng)烈吸收地面長波輻射而增溫。需要注意的是，全球氣溫升高是就全球平均狀況而言的，并非表明地球上每一個地區(qū)氣溫都在上升。同時(shí)，也不是每個季節(jié)都會出現(xiàn)明顯的升溫現(xiàn)象，可能有些季節(jié)相對明顯。所以不同地區(qū)在不同時(shí)間也可能出現(xiàn)不同的氣溫升高現(xiàn)象。

2.自然原因

目前地球處于溫暖期。根據(jù)地球發(fā)展史的研究表明，地質(zhì)時(shí)期的氣候變化表現(xiàn)為冰期與間冰期交替出現(xiàn)，在歷史時(shí)期的氣候表現(xiàn)為寒冷期與溫暖期交替出現(xiàn)。目前地球表現(xiàn)為氣溫波動上升時(shí)期。

3.人為原因

（1）CO₂含量與日俱增

①工廠、交通工具、家庭爐灶大量燃燒含碳的煤、天然氣、石油（成品油，如汽油、柴油），排放大量CO₂。②森林被大量砍伐，綠色植物通過光合作用吸收CO2的能力下降。

（2）地面紫外線增多

人類通過生產(chǎn)生活排入大氣的氯氟烴嚴(yán)重破壞臭氧層，特別是兩極地區(qū)，造成該地區(qū)的臭氧層出現(xiàn)空洞，臭氧吸收紫外線的能力下降，射向地面的紫外線增多。

（三）全球變暖的影響

全球變暖從自然要素角度來看，基于自然地理環(huán)境的整體性理論，主要是對氣候、水文、土壤、生物等的影響;從人文要素角度，主要是對農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通建設(shè)以及人類健康的影響。

1.自然要素

（1）對海平面和海岸帶的影響

全球氣候變暖，氣溫升高，兩極冰蓋與高山冰雪區(qū)等地的冰雪融化，造成水體注入海洋，海水?dāng)?shù)量增加;氣溫升高導(dǎo)致海水受熱膨脹，海水體積增加，所以海平面上升。

①海平面上升會造成海水侵蝕作用加強(qiáng)，主要是對沿岸線的侵蝕，以及對河口三角洲的侵蝕作用增強(qiáng)，造成河口三角洲的面積縮小。②海平面上升，海水倒灌進(jìn)入地下水系統(tǒng)，易造成土地鹽堿化。③海平面上升，海水對河流的頂托作用增強(qiáng)，使河水倒流，造成陸地污水排放受阻。④海平面上升導(dǎo)致海水倒灌，河口地區(qū)泥沙沉積數(shù)量增加，港口和航道的淤泥增加，影響港口、航道功能。⑤海平面上升，海水入侵，造成沿海低地被淹沒，洪澇災(zāi)害加劇;另外，發(fā)現(xiàn)風(fēng)暴潮作用加強(qiáng)。

（2）對水循環(huán)過程的影響

全球氣候變暖，氣溫升高，會造成局部地區(qū)蒸發(fā)強(qiáng)度增大，局部地區(qū)水循環(huán)改變，部分區(qū)域降水量和降水分布有變化。有些地區(qū)降水極端事件發(fā)生的概率增加，也就是洪澇、干旱災(zāi)害的頻次和強(qiáng)度有所增加。由于降水量和降水分布的變化，造成地表徑流發(fā)生變化，有些地區(qū)洪澇災(zāi)害多，有些地區(qū)干旱次數(shù)增加，進(jìn)一步增強(qiáng)全球水資源的不穩(wěn)定性，使供需矛盾更加突出。

全球變暖會導(dǎo)致冰川融化，但冰川融化不會使淡水資源更加充沛。事實(shí)上，冰川融化的水基本上都流入海洋或被蒸發(fā)，很難轉(zhuǎn)化為人類所需的淡水資源;再加上全球變暖使世界各地的蒸發(fā)量普遍增加，從而使得地球上的淡水資源更加缺乏。

（3）對生態(tài)系統(tǒng)的影響

全球氣候變暖，氣溫升高，對物種影響較大。根據(jù)達(dá)爾文的適者生存法則，氣溫升高，自然生態(tài)系統(tǒng)中有一些生物不能適應(yīng)變化后的環(huán)境，必然就會消失;而一些能夠遷徙到適宜居住環(huán)境的生物，但由于人類占有了土地，限制了這些生物的自然遷移，也會造成生物物種的消失。全球氣候變暖，氣溫升高，也會造成表層海水溫度的變化，從而影響洋流的變化，影響浮游生物的分布變化，使魚類聚集地發(fā)生變化，導(dǎo)致某些漁場消失，某些漁場擴(kuò)大。全球氣候變暖，氣溫升高，會讓陸地上一些地區(qū)更加干旱，造成全球土地荒漠化面積擴(kuò)大，生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。

2.人文要素

（1）對農(nóng)業(yè)的影響

全球氣候變暖，氣溫升高，對于不同緯度地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有不同的影響。北半球高緯度地區(qū)氣候變暖，有利于農(nóng)作物生長，糧食產(chǎn)量增加。全球中、低緯度地區(qū)的“谷物帶”氣溫升高，生長期縮短，加之蒸發(fā)量增加，易造成農(nóng)作物水分虧缺，糧食生產(chǎn)潛力下降，糧食產(chǎn)量下降?？茖W(xué)家通過演算推出高緯度地區(qū)糧食產(chǎn)量增加不能補(bǔ)償中、低緯度地區(qū)糧食產(chǎn)量的下降。所以，全球變暖會造成世界糧食生產(chǎn)總體下降。

（2）對工業(yè)的影響

生產(chǎn)、生活排放的大量溫室氣體造成全球氣候變暖，氣溫升高，高緯度地區(qū)供暖的能源消耗會減少，但低緯度地區(qū)制冷的能源消耗會增加，但總體來看能源消耗增加。對于需要排放溫室氣體的工業(yè)企業(yè)，各國政府都會限制其規(guī)模發(fā)展，并制定相應(yīng)法規(guī)要求其控制溫室氣體的排放。由于能夠節(jié)水節(jié)能、耐高溫耐干旱的生產(chǎn)技術(shù)受到各國政府和市場的歡迎，其生產(chǎn)規(guī)模會進(jìn)一步擴(kuò)大。

（3）對人類健康的影響

全球氣候變暖，氣溫升高，會造成極端天氣和氣候增多，如高溫、暴雨、臺風(fēng)、颶風(fēng)、干旱等，會加快、干擾人體新陳代謝，危害人體健康。另外，氣溫升高會推動疾病傳播、媒介擴(kuò)散，造成疫病流行的范圍擴(kuò)大，危害人體健康。

（四）應(yīng)對全球變暖的措施

1.控制溫室氣體排放。主要辦法：通過技術(shù)措施減少目前大氣中的二氧化碳、甲烷等溫室氣體;減少化石燃料的使用量;提高能源的利用效率;大力發(fā)展新能源;加快調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu);控制水田和垃圾填埋場的甲烷排放量等。

2.增加溫室氣體吸收。如植樹造林，加強(qiáng)熱帶雨林等生態(tài)區(qū)的保護(hù);采用固碳技術(shù)。

3.適應(yīng)氣候變化。如培育耐旱農(nóng)作物適應(yīng)氣候，調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，建設(shè)海岸堤壩等。

4.政府采取政策手段。如鼓勵公眾參與環(huán)?；顒?，或?qū)嵭兄苯涌刂?，運(yùn)用經(jīng)濟(jì)手段等措施。

5.努力加強(qiáng)國際合作。

【典型例題】

（2020年全國卷Ⅰ）岳樺林帶是長白山海拔最高的森林帶。岳樺林帶氣候寒冷，生長季短，只有其下部的岳樺才結(jié)實(shí)（種子）。岳樺結(jié)實(shí)的海拔上限稱為岳樺結(jié)實(shí)線，岳樺林分布上限即長白山林線。監(jiān)測表明，20世紀(jì)90年代以來，長白山北坡氣候持續(xù)變暖，岳樺結(jié)實(shí)線基本穩(wěn)定;林線的海拔快速提升了70～80米，但近年趨于穩(wěn)定。據(jù)此完成9～11題。

9.目前，長白山北坡林線附近的岳樺多為（ ）

A.幼樹 B.中齡結(jié)實(shí)樹

C.老樹 D.各樹齡組混生

10.推測20世紀(jì)90年代以來，長白山北坡岳樺林帶（ ）

A.冬季升溫幅度小，生長季穩(wěn)定

B.冬季升溫幅度大，生長季延長

C.冬季升溫幅度大，生長季穩(wěn)定

D.冬季升溫幅度小，生長季延長

11.在氣候變暖背景下，長白山北坡林線近年卻趨于穩(wěn)定，原因可能是（ ）

A.降水穩(wěn)定 B.水土流失量穩(wěn)定

C.土壤肥力穩(wěn)定 D.岳樺結(jié)實(shí)線穩(wěn)定

【參考答案】9.A? ?10.C? ? 11.D

【解析】本題以長白山岳樺林帶為背景材料，考查全球變暖背景下林線和岳樺樹的特點(diǎn)。

第9題，20 世紀(jì) 90 年代以來，長白山北坡氣候持續(xù)變暖，岳樺結(jié)實(shí)線基本穩(wěn)定;林線的海拔快速提升了70～80米，但近年趨于穩(wěn)定。首先要明確岳樺林生長季短，只有其下部的岳樺才結(jié)實(shí)（種子），也就是海拔較低，氣溫較高區(qū)域的岳樺才能結(jié)實(shí);海拔較高的區(qū)域不可能結(jié)實(shí)。因此海拔較高的區(qū)域岳樺來自種子的傳播，這就說明目前長白山北坡林線附近的岳樺多為近年來新生長出來的樹，所以林線附近的岳樺多為幼樹。

第10題，岳樺林帶氣候寒冷，生長季短，只有其下部的岳樺才結(jié)實(shí)（種子）。這說明岳樺林的生長季就是夏季，岳樺結(jié)實(shí)線與夏季長短有關(guān)。20 世紀(jì) 90 年代以來，長白山北坡氣候持續(xù)變暖，岳樺結(jié)實(shí)線基本穩(wěn)定，說明夏季穩(wěn)定;林線的海拔快速提升了70～80米，說明北坡冬季升溫幅度大，導(dǎo)致林線快速上升。

第11題，在氣候變暖背景下，長白山岳樺結(jié)實(shí)線穩(wěn)定，也就說明岳樺林種子能夠到達(dá)的海拔上限穩(wěn)定，傳播范圍是有限的。所以在林線上升到一定高度，一旦超過了種子傳播范圍，就會趨于穩(wěn)定，所以長白山北坡林線近年趨于穩(wěn)定的主要原因是岳樺結(jié)實(shí)線穩(wěn)定。