合歡山小風二氧化碳濃度監測，顯示有趣的「微笑曲線」

微笑曲線, originally uploaded by Guest of HoHuanShan.

「氣候變遷、全球暖化」是最近最夯的話題，許多科學研究都指向人類排放「溫室氣體」是造成全球暖化的主因，其中「二氧化碳」就是最主要的「溫室氣體」之一，因此監測二氧化碳濃度的變化，便成為非常重要的工作，特有生物研究保育中心高海拔試驗站為長期收集二氧化碳濃度變化的資料，自2005年5月在合歡山小風口設置的氣象測站中，便有一組偵測二氧化碳濃度的感應器，以每小時一次的頻度，記錄當地二氧化碳的濃度，截至2008年12月已累積30000筆以上的資料。
最近我們分析了這批二氧化碳濃度資料，得到了這張有趣的「微笑曲線」圖，圖中顯示的是2007年合歡山小風口各月二氧化碳平均濃度和平均氣溫，二氧化碳的月平均濃度和月均溫形成反比的趨勢，當2007年1月月均溫1.3℃時，當月的二氧化碳平均濃度是全年最高的371ppm，隨著溫度逐月昇高，二氧化碳濃度逐漸降低，到了當年最高月均溫7月的11.8℃時，二氧化碳月平均濃度也降到最低的319ppm，接下來月均溫又反轉向下，二氧化碳的濃度也再度升高；二氧化碳月平均濃度變化比較大的月分是在4月到5月，及9月到10月間；為甚麼小風口的二氧化碳月平均濃度會程現這樣的變化趨勢呢？很顯然的，這是組成當地植被的綠色植物造成的！
「二氧化碳」除了是「溫室氣體」以外，它更是綠色植物進行光合作用、製造供全球生物生存所需的碳水化合物必備的原料；綠色植物以太陽提供的能量，將無機的水和二氧化碳合成有機的葡萄糖，在這過程當中，便會消耗掉二氧化碳，合歡山小風口的二氧化碳濃度偵測感應器就安裝在一片冷杉林林緣，台灣冷杉是常綠的針葉樹，全年都可進行光合作用，但在可進行光合作用的溫度範圍內，溫度越高光合作用的效能也就越高，消耗的二氧化碳當然就越多，另外一個更重要的因素就是當小風口月均溫逐月昇高時，當地的植被會加入更多的一年生草本植物，冬季枯黃的玉山箭竹也會逐漸轉綠，這批大量的綠色植物進行光合作用，也就吸收了更多的二氧化碳了，但當進入10月以後，當地植被又逐漸僅剩下常綠的台灣冷杉等針葉樹，二氧化碳的消耗降低，濃度當然就上昇了。
植物吸收二氧化碳合成葡萄糖，供養云云眾生，當然包括植物在內的所有生物在進行呼吸作用時又會將碳元素以二氧化碳的形式釋出，地球就在光合作用與呼吸作用取得平衡間，使得全球的二氧化碳濃度趨於恆定，但自從工業革命以後，人類大量使用包括煤炭和石油之類的「化石燃料」，將遠古時代也是由植物吸收的二氧化碳和其供養的古代生物遺骸中固定下來的碳元素釋出，使得二氧化碳濃度從工業革命前的約280ppm上昇到當前的約380ppm，這很可能就是全球暖化的原因，當然這樣的論點仍然有爭議，不過二氧化碳濃度逐漸昇高則是不爭的事實；由合歡山小風口二氧化碳全年濃度的變化，清楚顯示了森林對於降低二氧化碳濃度的確有其作用，但終究會因森林老熟而使得呼吸作用與光合作用的平衡而減緩了森林碳吸存的功能，不過若能有效的利用木材資源，將採伐下來的林木在人類社會間反覆利用，也就是將碳元素固定在人類社會，釋出的林地再新植林，將可再度發揮森林成長過程中固定碳元素的功能，當然這終究是有其極限的，斧底抽薪之計還是要減少「化石燃料」的使用，努力發展所謂的「綠能產業」，讓太陽能、風力、水力甚至是核能發電的技術提昇，相關的訊息可以參閱最近的暢銷書「世界又熱又平又擠」。