20年調查關於樹木和森林的生與死:如何延續巨大古樹的基因?

20年調查關於樹木和森林的生與死:如何延續巨大古樹的基因?
在巨大的紅杉下行走的男子。|Photo Credit: Getty Images / BBC News

我們想讓你知道的是

那麼我們能做些什麼呢? 減少二氧化碳排放以減緩氣候變暖是首要任務,但這可能在幾十年內都不見好轉。在一些地方,人為消減森林或定期放火會有所幫助。一些森林每英畝有800-1000棵樹,這意味著樹木對水的激烈競爭;健康森林的樹木密度應該是它的十分之一。另外人們正在考慮對一些紅杉林進行灌溉。

2005年,在我所擁有的位於蒙大拿州(Montana)洛磯山脈(Rocky Mountains)北部面積約15英畝(0.06平方公里)的森林裏,幾棵有著數百年歷史的黃松突然死亡。我很快發現,它們是被山松甲蟲殺死的,這種致命的殺手只有鉛筆一端的橡皮那麼大,會在樹上挖洞。

第二年,死亡樹木的數量呈級數增長。當看到這些巨大的、高聳入雲的樹木在我周圍逐漸消失時,我感到無力和悲傷,我無法阻止它們消亡。

雖然原生昆蟲是直接原因,但在我家鄉乃至整個洛磯山脈,樹木死亡的間接原因是冬天不再變得寒冷。當我1970年代末第一次搬到蒙大拿州時,冬天的氣溫通常是攝氏零下34度,甚至有時一連好幾個星期低於零下40度。蒙大拿有記錄以來最低溫度是攝氏零下57度。如今,冬季的最低氣溫很少會低於-18攝氏度左右。即使有,也只是一兩天而已。這種低溫不足以殺死天生耐凍的松樹甲蟲。

三年之內,我森林裏90%以上的樹都死了。我們僱了伐木工把樹砍倒,用卡車運到工廠,在那裏把樹做成漿,做成纖維板。

這不僅僅發生在蒙大拿。整個北美西部的樹木都在死亡。在2006年和2007年,英屬哥倫比亞省(British Columbia)失去了80%的成熟松樹,從碳匯變成碳源。在整個西部,樹木持續死亡;幾年前,加州有1.29億棵樹死亡。

眼看我的森林死去,這激發了我的興趣,想弄清楚這些樹木到底怎麼了。在蒙大拿州和全球範圍內,我開始了一項長達20年的調查,關於樹木和森林的生與死。

樹木讓我們的水源變得清潔,讓氣候變得宜人,為建築提供木材,並為人類和人類食用的動物提供食物來源。它們甚至以某種方式與恆星有關。然而,令人驚訝的是,我們對它們的作用知之甚少。

我們也缺乏關於樹木基因的知識:尤其是幾個世紀以來遭到砍伐的最大、最強壯的樹木對基因庫的影響。我們也不知道那些存活下來的樹木在更熱、更乾燥的世界裏會如何生存。

然而,在過去的幾年裏,科學家們開始研究古樹基因的重要性,越來越多的證據表明,古樹基因將對森林發揮關鍵作用。這項研究是在一群樹木愛好者試圖種植這些巨型樹種的基礎上進行的,以保護他們稱之為「生命圖書館」的古老DNA,這似乎很有先見之明。

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Photo Credit: Getty Images / BBC News
紅杉是北美最具標誌性的樹木之一,但在其他地方發現了紅杉,比如澳大利亞維多利亞的這片森林。

克雷格・艾倫(Craig D Allen)把大部分時間都花在觀測森林死亡的工作上。他渴望了解樹木是如何因氣候變化而死亡的,因此被稱為「樹木驗屍官」。儘管最近從美國地質調查局(US Geological Survey)退休,但他現在比以往任何時候都忙著研究世界森林危機,還擔任了新墨西哥大學(University of New Mexico)生態學的兼職教授。

多年前的今天,我和他一起走過聖達菲(Santa Fe)附近一片又一片瀕臨死亡的小松樹林,這些小松樹林被長期的乾旱和炎熱殺死了。當我最近再次見到他時,他告訴我,全球森林滅絶正在加速。

艾倫所在的科研小組一絲不苟地揭示了氣候變化對全球古老森林的影響——這些森林的壽命至少有幾百年,我們都很喜歡這些古老的森林。這是一個複雜的課題,但艾倫指出,過去十年發表的研究論文總結了地球變暖對這些生態系統的惡劣影響。

其中一篇是艾倫在2012年與人合著的論文,結合了樹木年輪數據、氣候記錄和美國西南部未來的氣候預測。研究發現,未來由氣候變化引發的特大乾旱可能會對該地區的森林造成毀滅性影響。問題的關鍵是,空氣溫度線性上升,大氣保存水分的能力卻是指數級增長。這意味著大氣正以驚人的速度變得越來越幹,乾旱讓土壤、樹木和其他植物中的水分迅速減少。

2012年,一個澳大利亞研究小組發表了第二項研究,收集了數百種樹木的數據——關於水在樹內從根部到樹冠的路徑。研究發現,加劇的乾旱正在以更快的速度從森林中抽走水分,在許多地方,樹木再也無法跟上不斷增加的缺水壓力,這導致了類似於栓塞的症狀。

第三項研究是2015年發佈的,研究了世界各地樹木對乾旱的適應性。艾倫告訴我,「報告說,從亞利桑那州(Arizona)、阿爾及利亞(Algeria)到阿爾伯塔省(Alberta)和阿根廷(Argentina),每一種主要的森林樹木,無論潮濕還是乾燥,因為高溫和乾旱,都在以歷史罕見的方式死亡。」

最重要的是,越來越頻繁、越來越熱的高溫乾旱,對樹木的壓力達到了極限。

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Photo Credit: Reuters / BBC News
巨大的紅杉面臨生存的威脅。

佛羅里達大學(University of Florida)植物生態學家和全球變化生態學家威廉・哈蒙德(William Hammond)說,因為變暖的大氣可以容納更多的降水,在一些既溫暖又潮濕的地方,一些森林生長得非常好,比以往任何時候都好。但在炎熱乾旱地區,死亡樹木數量也越來越多。「極端氣候會殺死樹木,」艾倫說。「情況越來越糟糕。」前所未有的極端事件正在發生,比如今年夏天英屬哥倫比亞省氣溫達到了攝氏49度。

在這個不斷變化的世界中,首當其衝的是古老的樹木,其中許多樹的高度超過200英尺(61米),甚至300英尺(91米)。

哈蒙德說:「巨大古樹面臨的風險之一是它們生存的成本變得非常高。」它們需要更多的水,需要更多的能量把水泵到樹冠。它們可能會被乾旱破壞,或者被嚴重削弱,成為昆蟲、疾病或火災的犧牲品。


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從俄烏戰爭居安思危,臺灣每月面臨4000萬次的網路攻擊

有人說如果有一天真的發生第三次世界大戰,那一定會發生在網路上。從近期的俄烏戰爭來看,除了使用傳統槍砲坦克,更值得注意的是雙方都派出大量IT駭客,攻擊對方的油水電重要基礎建設的伺服器、通訊設施,企圖阻斷即時資訊,藉此癱瘓敵方的民生設備運作。

事實上,一般駭客不會主動攻擊一個國家的基礎建設,大多是鎖定企業等級為目標,像是美國燃油管線營運公司,受到來自東歐的勒索病毒攻擊,被迫暫停營運同時還要支付新台幣1億4,000萬元的贖金,造成當地民眾恐慌,發生一波搶購燃油熱潮。

而臺灣因為政治戰略的因素,外部駭客總是虎視眈眈,想要癱瘓我國的民生關鍵基礎設施。過去幾年間臺灣每月平均受到2,000萬到4,000萬次外來攻擊,甚至懷疑一起大型惡意軟體攻擊,幕後的駭客是有國家力量在撐腰。

臺灣民生建設資安防禦迫在眉睫,ACW SOUTH沙崙基地扮演關鍵角色

身為島國的臺灣,電力、石油、天然氣及水利等資源設備,是供應國內經濟發展及民生需求的重要資產。面對各項能源設備資安的防護,我國經濟部長王美花過去就曾公開表示,「油電水等關鍵設施假使被破壞,後果不堪設想,所以資安是重要基本功,一定要發展做好防護措施。

身為國內首屈一指的「ACW SOUTH沙崙資安服務基地」(以下簡稱 ACW SOUTH資安基地),承接起重責大任,提供資安實驗場域,模擬攻防演訓及產品驗測服務;也會邀請資安服務廠商與工控營運業者到沙崙場域,進行實作的技術交流。

ACW SOUTH資安基地計畫團隊表示,「透過資安服務商與工控營運業者的交流分享,有助促進產業對於工控資安了解與場域運用;同時我們也會辦理工控資安等相關課程、研討會及交流會,鏈結資安與工控業者幫助雙方有更深入的技術合作。」

目前ACW SOUTH資安基地的「關鍵基礎設施工控場域」主要有「石化/化工、天然氣及變電所」三套系統,模擬五套攻擊劇本,協助相關基礎設備的管理者,在受到攻擊當下知道該如何反應,及早因應強化資安防禦實力。萬一遭遇偽造工作站監看數據、偽造命令操控電磁閥和空壓機、電驛傳輸通訊中斷等攻擊事件,就能立刻啟動應變流程。

走訪ACW SOUTH資安基地關鍵基礎設施,了解三大測試場域功能有多強

場域一、石化基礎設施
2020年臺灣兩大石化公司接連傳出資安攻擊事件,部分資訊系統感染勒索軟體病毒,造成加油站的支付系統停擺,導致消費者付款機制受到影響。

ACW SOUTH資安基地提供的化工模擬製程實體運作機櫃,是全台首座「石化/化工製程水位控制平台」,模擬情境為一般化工反應槽連續式循環水流水位控制,以水為循環流體模擬,可提供研究測試與訓練使用、自主開發攻防情境。來現場測試的業者,可透過視覺式監控介面與DCS收集現場監測儀表的即時資訊,做到收集完整數據紀錄及警報,具體測試資安防護設備與解決方案。

場域二、天然氣基礎設施
美國一家天然氣壓縮公司曾經受到勒索軟體攻擊,駭客透過魚叉式網釣攻擊入侵IT網路,再找機會滲透到OT網路,並在這兩個網路部署勒索軟體,導致人機介面、伺服器完全失能,公司業務被迫停擺兩天。

ACW SOUTH資安基地的儲槽氣體壓力監控系統,模擬情境為天然氣廠氣體儲槽壓力,使用空壓機模擬天然氣體,當氣體壓力高於或低於警報值時,系統畫面警示工作站主機,並同時記錄數據變化、警報和事件。

場域三、變電所基礎設施
2021年台電董事長說台電遭駭客攻擊幾乎每天發生;俄烏戰爭過程,俄羅斯駭客也曾嘗試對烏克蘭發電廠下手,利用資料破壞軟體發動攻擊,藉此癱瘓高壓變電所,讓烏克蘭當地無電可用。

電力系統無論在發電、輸電及配電的任一部分發生故障,都有可能影響整個供電系統異常,因此保護電驛的作用就在及早隔離故障,避免影響到後續的相關設備。ACW SOUTH資安基地的保護電驛監控系統採用IEC61850標準來進行網路通訊,可用來監視、記錄電驛突發事件,藉此模擬變電所遭受攻擊的危機處理。

要讓臺灣關鍵基礎設施免於駭客襲擊,可說是天方夜譚,但我們能做的是提升資安、強化防禦韌性,更有餘裕時間來防禦或補救攻擊。ACW SOUTH資安基地的關鍵基礎設施,目前打造了三大測試場域,擁有可實際演練的攻防腳本,並進行資安產品的驗測。

ACW SOUTH資安基地深知臺灣以製造業起家,尤其近年半導體領域成為舉世聞名的護國神山;另外因應全球淨零碳排議題,綠能也是前景可期的重要產業。因此在ACW SOUTH資安基地除了有關鍵基礎設施,還設計智慧製造、智慧綠能、半導體及物聯網等主題,可為相關業者做攻防演訓及產品驗測,有助提升我國整體資安防禦力。

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