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博物館雀鳥標本藏歷史數據 研究指學界低估過去空氣污染程度與升溫影響

2017/10/12 — 16:34

自然歷史博物館的陳年標本,或能幫助科學家更深入了解數十年以至百年前的空氣污染程度,從而建立更準確的氣候模型,以便預測未來氣候變化的趨勢。美國芝加哥大學兩名研究生就透過分析博物館內雀鳥標本上羽毛沾附的煤煙灰粒子 (soot) 含量,指出目前廣被引用的空氣污染歷史數據或被科學家低估,或將令目前學界接納的「碳預算 (carbon budget)」須重新估算。其研究結果近日發布於《美國國家科學院院刊 (PNAS) 》

兩個分別在 1906 年(上)及 1996 年(下)製成的野麻雀 (Field Sparrows) 標本。圖中可見,在上方的野麻雀羽毛上沾附了大量煤煙灰。 (來源:《美國國家科學院院刊 (PNAS) 》)

兩個分別在 1906 年(上)及 1996 年(下)製成的野麻雀 (Field Sparrows) 標本。圖中可見,在上方的野麻雀羽毛上沾附了大量煤煙灰。 (來源:《美國國家科學院院刊 (PNAS) 》)

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科學家一直有透過追蹤、分析格陵蘭的冰芯樣本,以估計過去地球氣溫變化;冰芯樣本中的煤炭微粒沉著物,亦令科學家得以研究過去的空氣污染程度。但這些方法由於涉及大量假設,導致科學家之間得出的估算有著不同程度的偏差。因此,目前學界缺乏可靠而一致的數據,去斷定 1950 年代以前的空氣污染程度與變化。

於是,兩名分別專長於演化生物學及攝影歷史學的芝大研究生 Shane DuBay 及 Carl Fuldner 決定嘗試到自然歷史博物館裡尋找更可靠的數據樣本。他們認為,博物館的龐大標本館藏,其實紀錄了牠們身處時空的環境資訊,為追蹤過去環境污染物提供上佳資源。

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二人共拍攝了 1,097 張在 1880 年至 2015 年間製成的雀鳥標本的照片,並選定五類胸腹皮毛呈淡白色的雀鳥。這些雀鳥來自美國六個州分,包括賓夕凡尼亞州、俄亥俄州、印第安納州、密歇根州、伊利諾伊州及威斯康辛州。在 19 世紀末,這些州份都是工業重鎮,並依賴煙煤 (bituminous coal) 提供能源,過程中釋出大量煤煙灰。

兩名研究員隨後利用高效顯微鏡,分析標本的羽毛,以確定這些羽毛呈灰暗色是由於沾附了煤煙灰,而非色素變異所致。他們又計算這些雀鳥樣本的下腹的光照反射率——由於黑色的煤煙灰會吸收光線並減低反射率,這些計算結果令他們得以追蹤雀鳥身上的煤煙灰含量的變化。

例如,他們發現雀鳥標上身上的煤煙灰含量,在 20 世紀的首十年是最高的,在大蕭條時期則顯著急降,隨後在二戰期間回升,並在 1950 年後開始呈緩慢而持續的下降。這反映了在 1950 年代起,美國國內公眾不再在住宅空間使用燃煤,而工廠也開始轉用更潔淨的無菸煤 (anthracite coal) 和更具能源效益的技術。

更重要的是,是次研究所得顯示,在工業時代初期,空氣中的煤煙灰污染程度其實比現存的電腦模型估算值更高。換言之,科學家可能低估了這污染源對氣候變化的歷史影響。這對未來的全球升溫預測,影響或異常重大,因為工業時代初期的升溫數據,決定了整個國際社會對碳預算的計算,或意味著科學家需要重新估算人類社會的碳排上限。

當然,兩名研究員亦指出是次研究有其局限,例如研究只能分析雀鳥身上的煤煙灰含量的相對值,不能顯示當時人類活動所產生的煤煙灰的實際數量。

不過,他們認為有關研究方法能繼續擴展,以彌補目前學界缺乏的 1950 年代以前的數據;例如擴大樣本分析的地理範圍,分析近期在飽受空氣污染影響的北京與德里市所收集的雀鳥樣本,循此更準確計算出煤煙灰如何影響雀鳥羽毛的反射率,或更深入分析更久遠的雀鳥樣本中的煤煙灰粒子的大小與形狀等。

來源:
Anthropocene, Scientists are using museum specimens to track climate-related pollution, 10 Oct 2017

報告:
DuBay SG and CC Fuldner, Bird specimens track 135 years of black carbon and environmental policy. Proceedings of the National Academy of Sciences. 6 Oct 2017. doi: 10.1073/pnas.1710239114

文/周澄、審核/Alan Chiu

 

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