新的冰河時代在向我們逼近?答案在北極

新的冰河時代在向我們逼近?答案在北極
在格陵蘭島東北部附近,格陵蘭海上覆著海冰。今年夏天,北冰洋的海冰面積達到有記錄以來第二低,北極地區海洋的變化將極大地改變地球許多地方的氣候。
攝影:LAWRENCE HISLOP
 
撰文:CHERYL KATZ
 
  弗拉姆海峽位于高緯度北極地區,坐落于挪威和格陵蘭島之間。這里的夏季海冰急劇減少,每年都會來此研究的科學家表示,看見那些消失的地方,仿佛憶起了已故的朋友。
 
  “我第一次站在這里是在2008年,當時還能在冰面上行走,”挪威極地研究所(NPI)的海洋學家Paul Dodd說道,他正站在科考破冰船的甲板上,向著本初子午線附近的地點做手勢。他的團隊正準備在這片開闊水域,采集溫度、鹽度、溶解碳和其他化學數據等樣本。這里現在只有零星幾塊浮冰。
 
  全球升溫,冰在融化,但這個地方很特別:這里的海洋變化將極大地改變地球許多地方的氣候。
 
  弗拉姆海峽,南面的格陵蘭島、挪威和伊爾明厄海的水域,組成了全球洋流“傳送帶”的控制室,這些洋流圍繞著整個地球。但只有在這里和南極洲,海面上的水才會變得足夠重(寒冷和鹽度增加了海水的密度),一直沉到海底,并沿著海底延伸的方向,快速下沉。這為“傳送帶”大西洋經向翻轉環流(AMOC)提供了動力,這個洋流則負責調節全球溫度和天氣。
 
新的冰河時代在向我們逼近?答案在北極
 
  一項新研究警告稱,由于溫室氣體帶來的氣候變暖,九大重要氣候系統之一的AMOC快要到達臨界點了。任何一個系統突破閾值,都會迅速引發不可逆轉的變化,使得其他系統失控,導致連鎖反應,從而給全球帶來災難性后果。上周,國際頂級氣候科學家將這一分析結果發表在《自然》雜志上,文章稱,突破臨界點所帶來的風險超過我們大多數人的認知。
 
  世界氣象組織和聯合國環境規劃署的另外兩份新報告顯示,2018年,全球溫室氣體排放達到新高,而且還將繼續攀升。
 
  AMOC傳送帶可能已經出現了一些受影響的跡象。在巴哈馬和非洲之間,橫跨大西洋中部的一個海洋探測器網絡記錄到,在過去10年里,洋流減速15%。最近一項模擬研究表明,減速始于半個世紀前,即碳排放開始劇增的時候。
 
  9月,政府間氣候變化專門委員會(IPCC)發布了《關于氣候變化中的海洋與冰凍圈的特別報告》。文中預測,如果碳排放繼續以目前的速度增長,那么到2100年,傳送帶將減弱三分之一。這將引發一系列變化,包括洪水、海平面上升、天氣系統混亂等。
 
  這就是為什么Dodd對冰川融化感到惋惜。自1990年以來,NPI科學家一直在監測弗拉姆海峽。NPI海洋學家、今年的探險隊隊長Laura de Steur告訴我們,他們發現,格陵蘭島東部水域不僅在升溫,而且鹽度在降低。格陵蘭島冰川融化、北極海冰融化,再加上西伯利亞降水量增加帶來河流水位上漲,導致大量淡水涌入弗拉姆海峽;de Steur表示,在過去10年的前5年里,淡水量增加了60%。
 
  目前我們還不清楚這些因素是否導致了傳送帶洋流減速,但de Steur和其他海洋科學家認為,從某種意義上來說,如果這里的海水鹽度不足,或者太過溫暖,或者兩者兼而有之,那么海水就會因為太輕而無法下沉,從而干擾全球氣候系統最基本的推動力之一。
 
  地球氣候系統的其他關鍵要素可能也在向臨界點邁進,包括夏季海冰(模型預測,最早在2036年,夏季海冰就會消失)、永久凍土(北極大片地區的永久凍土正在快速解凍)、廣闊的格陵蘭冰蓋、亞馬遜雨林等。
 
新的冰河時代在向我們逼近?答案在北極
科學家們正在收集放在弗拉姆海峽的儀器陣列。
攝影:LAWRENCE HISLOP
 
  這些都將對全球環境造成深遠的影響。但當涉及海洋時,其中一個問題最為突出。地球表面超過70%都是海洋,而且自工業時代以來,人類產生的三分之一的二氧化碳,及其帶來的90%的多余熱量都存儲在海洋中。
 
  荷蘭烏得勒支大學的海洋學家Henk Dijkstra說:“這是人人都害怕的臨界點。從本質上說,是淡水流入導致大西洋環流崩潰。”
 
酷熱的夏天
 
  今年9月初,哈康王子號科考船離開挪威斯瓦爾巴特群島,踏上了探險之旅。彼時,酷熱的夏天已經接近尾聲。6月,格陵蘭島部分地區的溫度比正常情況高出4.4度;7月是有記錄以來地球上最熱的一個月,格陵蘭冰蓋在三年內融化了300多億噸的冰。今年,格陵蘭島的徑流把近3300億噸的淡水沖入沿海海域。根據1979年開始的衛星監測數據,這個夏天,北極海冰的面積達到有記錄以來第二低,比正常情況縮小了200多萬平方公里。
 
  少冰的情況讓研究人員從一開始就舉步維艱。哈康王子號科考船向西航行了555多公里,穿過弗拉姆海峽,才找到一塊面積和硬度都符合要求的海冰。科學家在上面進行了化學和物理測量。這種海冰極少的情況已經連續出現了三年,這里大部分海冰都被最近的風暴和海浪破壞了。
 
  NPI海冰科學家Dmitry Divine用了很多時間在控制室里向外張望,尋找海冰。他沮喪地說:“2016年,我們有19個海冰站。整個區域到處都是冰站。當時的海冰很不錯,在上面工作很放心。但現在不是這樣了。”
 
  最終,我們一路來到了格陵蘭島東北海岸,才找到足夠厚的冰。船長將船擠進淺水冰山的“堅冰”區域。我們穿著笨重的“救生服”——雖然不太舒服,但如果冰層融化,它會救我們一命——前往格陵蘭海表面的白色硬冰層進發。Divine在這里鉆出來的冰芯將被送去分析,得出鹽度、厚度、形成時間等數據,以及從北冰洋向南流動的固態水的其他重要特征。
 
  與此同時,de Steur和同事正在分析液態水的特征。在向西航行的過程中,de Steur在海洋觀測儀器中檢索并上傳了數據,這些儀器在過去兩年里,一直在水下監測水溫、鹽度和洋流的情況,尋找影響深海海水形成的變化因素。
 
  深海海水是海洋傳送帶的推動力。AMOC主要形成于弗拉姆海峽,即北極和北大西洋之間的主要通道。溫暖、含有鹽分的大西洋海水順著墨西哥灣暖流,從熱帶一路向北,在這里與低溫、含鹽量較低的北極海水相遇。混合后的海水溫度降低,開始下沉并向南移動。兩股洋流的密度不同,再加上海風的影響,形成了海洋環流。
 
  De Steur說,到目前為止,深海海水的形成還沒有任何變化。但她過去曾觀察到,海水在變暖,含鹽量在降低,這可不太妙。
 
  “這說明,監測這一通往北極的關卡是多么重要,”de Steur說:“我們看到了變化……這些變化將會傳遞到大西洋,造成一些影響。我不知道是明天還是明年,但如果事態繼續這樣發展下去,那么總有一天會帶來一些后果。”
 
巨大的謎團,缺失的碎片
 
  在精準描摹AMOC的情況時,科學家遇到的一大問題是:缺乏對整個洋流路線的長期觀察。NPI的研究最為持久,他們對洋流源頭附近的變化提出了嚴重警告。但他們不知道的是,AMOC向南之后的情況,弗拉姆海峽的變化需要多久才會表現出來,以及會帶來怎樣的后果。
 
  在更靠南的地方,負責測量的是RAPID-MOCHA。這組系泊設備位于加那利群島和巴哈馬之間,監測結果顯示,過去10年,AMOC的流速下降了15%。邁阿密大學的海洋學家、該項目的首席研究員Bill Johns告訴我們,2004年,項目啟動;2008年,發現洋流開始減弱;2009年至2010年,流速驟然下降了30%。但Johns表示,信號有“干擾”,因此很難從氣候變化的影響中,找出自然變化。
 
  2014年,科學家安裝了一組名為“OSNAP”(北大西洋亞極地地區海洋翻轉環流)的新儀器。具體位置在格陵蘭島南端和蘇格蘭之間,靠近洋流最深處,并向南加速的地方。但佐治亞理工學院的海洋學家、項目負責人Susan Lozier表示,現在就判斷AMOC的強弱還為時過早。
 
  洋流系統是一個巨大的謎團,荷蘭皇家海洋研究所的海洋學家Femke de Jong說。他沒有參與此次哈康王子號科考探險。這次探險的任務是把“浮標”扔進大海,看看流入弗拉姆海峽的淡水,是否會進入影響AMOC形成的關鍵地區。
 
  “而我們連一半謎團都沒解開,”他說。
 
  然而,歷史氣候模型發現,近幾十年來,傳送帶的流速明顯降了下來。德國波茨坦氣候影響研究所海洋學家、氣候學家Stefan Rahmstorf說,古氣候證據顯示,在至少1000年時間里,目前的AMOC是最弱的。他自己的研究結論是,這個系統持續減速至少已有50年,這與人類碳排放增多的時間一致。
 
  Rahmstorf說,這背后的原理顯而易見:人為造成的氣候變暖導致北大西洋表層海水密度降低,從而減緩了AMOC的流速,“這就是我們觀察到的現象”。
 
新的冰河時代在向我們逼近?答案在北極
海冰漂浮在斯瓦爾巴特群島和格陵蘭島之間的弗拉姆海峽。
攝影:LAWRENCE HISLOP
 
如果傳送帶停擺……
 
  傳送帶是否快要達到臨界點了?
 
  “這是一個很重要的問題,沒人能回答,”Rahmstorf說:“我認為,我們有充足的證據證明,在某處有一個閾值,而且越來越多的證據表明,AMOC正在減弱。這意味著它正朝著臨界點而去。”
 
  IPCC最近發布的海洋氣候變化報告預測,雖然AMOC在本世紀將大幅減弱,但在2100年以前不太可能崩潰。按照我們現在的碳排放速度,模型給出的崩潰時間在2300年。
 
  烏得勒支大學海洋學家Dijkstra警告說,這些模型可能過于樂觀。它們忽視了格陵蘭冰蓋融化帶來的影響,忽視了另一些可能性,比如有幾年,北大西洋上空的降雨尤其多,這些淡水可能會淹沒整個系統,打破平衡。
 
  “這很危險,”他說:“我認為人們低估了這一點。”
 
  傳送帶停擺將會帶來嚴重后果。
 
  在過去的大規模氣候變化中,可以看到AMOC停止的痕跡。
 
  大約95萬年前,AMOC突然停止,給地球帶來了漫長的冰期。更近一些,大約1.3萬年前,AMOC明顯減弱后,歐洲迎來了長達2000年的寒冷期,即“新仙女木時期”。雖然我們不確定是什么導致這條傳輸帶停擺,但冰原融化應該是一個重要原因。
 
  即使海洋環流沒有完全停下,其減弱也會影響到全世界。墨西哥灣暖流讓北歐提升了5.6度,因此如果向北輸送的熱量減少,那么歐洲的冬天會更冷。2004年的災難片《后天》夸張地表現了這種情況。
 
  不過科學家表示,不會像電影中那樣,冰河世紀在一夜間降臨。AMOC減緩的后果需要幾十年甚至更長時間才會體現出來,雖然在地質時間尺度,這只不過是一瞬。根據IPCC的說法,海洋熱量的增多和輸送使得南大西洋變熱,將地球上大部分熱量向南轉移,擾亂對亞洲和南美洲作物極為關鍵的季風周期。
 
  大西洋兩岸的洪水和干旱將加劇,美國東南部和墨西哥灣的颶風也會更加頻繁。后續的墨西哥灣暖流會導致美國東海岸海平面上升,把更多溫暖的海水推向海岸,濕度可能也會隨之上升。
 
  海洋生態系和漁業將受到影響。更重要的是,混亂的海洋環流將對已經不穩定的氣流造成進一步沖擊,導致更多的夏季熱浪和冬季寒潮襲擊北美洲和歐洲。
 
無法遏制的變化?
 
  9月中旬,當我們向東穿過弗拉姆海峽時,秋季的嚴寒悄然而至。海洋表面形成了一層薄薄的“油脂狀冰”,而其他地方則漂浮著“薄餅”一樣的冰塊。
 
  今年,變暖的海水又一次使結冰速度放緩。根據衛星數據,9月時海冰范圍達到有記錄以來第三低,10月則再創新低。反射太陽熱量的冰越少,北極就會變得越溫暖,形成惡性循環。
 
  回到斯瓦爾巴特群島,在豐富多彩的港口城鎮朗伊爾城的港口,de Steur和我一起看了海洋探測器的最新數據。北極淡水洪水在2017年達到頂峰,她說,那之后似乎有所緩解。這是個好消息,但這可能僅僅是因為風把所有淡水吹到了北極。隨著風向改變,就像之前那樣,淡水可能會被吹到南邊。
 
  同時,全球升溫和冰層消失仍在繼續。De Steur的系泊設備發現,在過去17年里,流入弗拉姆海峽的極地海水上升了近0.56度,而大西洋海水則上升了0.28度。如果這一趨勢持續下去,那么將會破壞深海海水的形成,像涌入的淡水一樣,抑制傳送帶的運轉。
 
  她說,如果不盡快減少溫室氣體排放,“我擔心這些變化將無法遏制、無法逆轉”。
 
(譯者:Sky4)
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