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(dá)到有記錄以來(lái)第二低，北極地區(qū)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(qū)，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(huì)來(lái)此研究的科學(xué)家表示，看見(jiàn)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(dāng)時(shí)還能在冰面上行走，”挪威極地研究所（NPI）的海洋學(xué)家Paul Dodd說(shuō)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(diǎn)做手勢(shì)。他的團(tuán)隊(duì)正準(zhǔn)備在這片開(kāi)闊水域，采集溫度、鹽度、溶解碳和其他化學(xué)數(shù)據(jù)等樣本。這里現(xiàn)在只有零星幾塊浮冰。
全球升溫，冰在融化，但這個(gè)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(gè)地球。但只有在這里和南極洲，海面上的水才會(huì)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(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流（AMOC）提供了動(dòng)力，這個(gè)洋流則負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)全球溫度和天氣。
一項(xiàng)新研究警告稱，由于溫室氣體帶來(lái)的氣候變暖，九大重要?dú)夂蛳到y(tǒng)之一的AMOC快要到達(dá)臨界點(diǎn)了。任何一個(gè)系統(tǒng)突破閾值，都會(huì)迅速引發(fā)不可逆轉(zhuǎn)的變化，使得其他系統(tǒng)失控，導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，從而給全球帶來(lái)災(zāi)難性后果。上周，國(guó)際頂級(jí)氣候科學(xué)家將這一分析結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上，文章稱，突破臨界點(diǎn)所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)我們大多數(shù)人的認(rèn)知。
世界氣象組織和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的另外兩份新報(bào)告顯示，2018年，全球溫室氣體排放達(dá)到新高，而且還將繼續(xù)攀升。
AMOC傳送帶可能已經(jīng)出現(xiàn)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(gè)海洋探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)記錄到，在過(guò)去10年里，洋流減速15%。最近一項(xiàng)模擬研究表明，減速始于半個(gè)世紀(jì)前，即碳排放開(kāi)始劇增的時(shí)候。
9月，政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）發(fā)布了《關(guān)于氣候變化中的海洋與冰凍圈的特別報(bào)告》。文中預(yù)測(cè)，如果碳排放繼續(xù)以目前的速度增長(zhǎng)，那么到2100年，傳送帶將減弱三分之一。這將引發(fā)一系列變化，包括洪水、海平面上升、天氣系統(tǒng)混亂等。
這就是為什么Dodd對(duì)冰川融化感到惋惜。自1990年以來(lái)，NPI科學(xué)家一直在監(jiān)測(cè)弗拉姆海峽。NPI海洋學(xué)家、今年的探險(xiǎn)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)Laura de Steur告訴我們，他們發(fā)現(xiàn)，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(lái)河流水位上漲，導(dǎo)致大量淡水涌入弗拉姆海峽；de Steur表示，在過(guò)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(dǎo)致了傳送帶洋流減速，但de Steur和其他海洋科學(xué)家認(rèn)為，從某種意義上來(lái)說(shuō)，如果這里的海水鹽度不足，或者太過(guò)溫暖，或者兩者兼而有之，那么海水就會(huì)因?yàn)樘p而無(wú)法下沉，從而干擾全球氣候系統(tǒng)最基本的推動(dòng)力之一。
地球氣候系統(tǒng)的其他關(guān)鍵要素可能也在向臨界點(diǎn)邁進(jìn)，包括夏季海冰（模型預(yù)測(cè)，最早在2036年，夏季海冰就會(huì)消失）、永久凍土（北極大片地區(qū)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。
科學(xué)家們正在收集放在弗拉姆海峽的儀器陣列。
這些都將對(duì)全球環(huán)境造成深遠(yuǎn)的影響。但當(dāng)涉及海洋時(shí)，其中一個(gè)問(wèn)題最為突出。地球表面超過(guò)70%都是海洋，而且自工業(yè)時(shí)代以來(lái)，人類產(chǎn)生的三分之一的二氧化碳，及其帶來(lái)的90%的多余熱量都存儲(chǔ)在海洋中。
荷蘭烏得勒支大學(xué)的海洋學(xué)家Henk Dijkstra說(shuō)：“這是人人都害怕的臨界點(diǎn)。從本質(zhì)上說(shuō)，是淡水流入導(dǎo)致大西洋環(huán)流崩潰。”
酷熱的夏天
今年9月初，哈康王子號(hào)科考船離開(kāi)挪威斯瓦爾巴特群島，踏上了探險(xiǎn)之旅。彼時(shí)，酷熱的夏天已經(jīng)接近尾聲。6月，格陵蘭島部分地區(qū)的溫度比正常情況高出4.4度；7月是有記錄以來(lái)地球上最熱的一個(gè)月，格陵蘭冰蓋在三年內(nèi)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(jù)1979年開(kāi)始的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，這個(gè)夏天，北極海冰的面積達(dá)到有記錄以來(lái)第二低，比正常情況縮小了200多萬(wàn)平方公里。
少冰的情況讓研究人員從一開(kāi)始就舉步維艱。哈康王子號(hào)科考船向西航行了555多公里，穿過(guò)弗拉姆海峽，才找到一塊面積和硬度都符合要求的海冰?？茖W(xué)家在上面進(jìn)行了化學(xué)和物理測(cè)量。這種海冰極少的情況已經(jīng)連續(xù)出現(xiàn)了三年，這里大部分海冰都被最近的風(fēng)暴和海浪破壞了。
NPI海冰科學(xué)家Dmitry Divine用了很多時(shí)間在控制室里向外張望，尋找海冰。他沮喪地說(shuō)：“2016年，我們有19個(gè)海冰站。整個(gè)區(qū)域到處都是冰站。當(dāng)時(shí)的海冰很不錯(cuò)，在上面工作很放心。但現(xiàn)在不是這樣了?！?/p>
最終，我們一路來(lái)到了格陵蘭島東北海岸，才找到足夠厚的冰。船長(zhǎng)將船擠進(jìn)淺水冰山的“堅(jiān)冰”區(qū)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(huì)救我們一命——前往格陵蘭海表面的白色硬冰層進(jìn)發(fā)。Divine在這里鉆出來(lái)的冰芯將被送去分析，得出鹽度、厚度、形成時(shí)間等數(shù)據(jù)，以及從北冰洋向南流動(dòng)的固態(tài)水的其他重要特征。
與此同時(shí)，de Steur和同事正在分析液態(tài)水的特征。在向西航行的過(guò)程中，de Steur在海洋觀測(cè)儀器中檢索并上傳了數(shù)據(jù)，這些儀器在過(guò)去兩年里，一直在水下監(jiān)測(cè)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(dòng)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?；旌虾蟮暮Ｋ疁囟冉档停_(kāi)始下沉并向南移動(dòng)。兩股洋流的密度不同，再加上海風(fēng)的影響，形成了海洋環(huán)流。
De Steur說(shuō)，到目前為止，深海海水的形成還沒(méi)有任何變化。但她過(guò)去曾觀察到，海水在變暖，含鹽量在降低，這可不太妙。
“這說(shuō)明，監(jiān)測(cè)這一通往北極的關(guān)卡是多么重要，”de Steur說(shuō)：“我們看到了變化……這些變化將會(huì)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(tài)繼續(xù)這樣發(fā)展下去，那么總有一天會(huì)帶來(lái)一些后果?！?/p>
巨大的謎團(tuán)，缺失的碎片
在精準(zhǔn)描摹AMOC的情況時(shí)，科學(xué)家遇到的一大問(wèn)題是：缺乏對(duì)整個(gè)洋流路線的長(zhǎng)期觀察。NPI的研究最為持久，他們對(duì)洋流源頭附近的變化提出了嚴(yán)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(huì)表現(xiàn)出來(lái)，以及會(huì)帶來(lái)怎樣的后果。
在更靠南的地方，負(fù)責(zé)測(cè)量的是RAPID-MOCHA。這組系泊設(shè)備位于加那利群島和巴哈馬之間，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，過(guò)去10年，AMOC的流速下降了15%。邁阿密大學(xué)的海洋學(xué)家、該項(xiàng)目的首席研究員Bill Johns告訴我們，2004年，項(xiàng)目啟動(dòng)；2008年，發(fā)現(xiàn)洋流開(kāi)始減弱；2009年至2010年，流速驟然下降了30%。但Johns表示，信號(hào)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(xué)家安裝了一組名為“OSNAP”（北大西洋亞極地地區(qū)海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)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(xué)院的海洋學(xué)家、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Susan Lozier表示，現(xiàn)在就判斷AMOC的強(qiáng)弱還為時(shí)過(guò)早。
洋流系統(tǒng)是一個(gè)巨大的謎團(tuán)，荷蘭皇家海洋研究所的海洋學(xué)家Femke de Jong說(shuō)。他沒(méi)有參與此次哈康王子號(hào)科考探險(xiǎn)。這次探險(xiǎn)的任務(wù)是把“浮標(biāo)”扔進(jìn)大海，看看流入弗拉姆海峽的淡水，是否會(huì)進(jìn)入影響AMOC形成的關(guān)鍵地區(qū)。
“而我們連一半謎團(tuán)都沒(méi)解開(kāi)，”他說(shuō)。
然而，歷史氣候模型發(fā)現(xiàn)，近幾十年來(lái)，傳送帶的流速明顯降了下來(lái)。德國(guó)波茨坦氣候影響研究所海洋學(xué)家、氣候?qū)W家Stefan Rahmstorf說(shuō)，古氣候證據(jù)顯示，在至少1000年時(shí)間里，目前的AMOC是最弱的。他自己的研究結(jié)論是，這個(gè)系統(tǒng)持續(xù)減速至少已有50年，這與人類碳排放增多的時(shí)間一致。
Rahmstorf說(shuō)，這背后的原理顯而易見(jiàn)：人為造成的氣候變暖導(dǎo)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(xiàn)象”。
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。
如果傳送帶停擺……
傳送帶是否快要達(dá)到臨界點(diǎn)了？
“這是一個(gè)很重要的問(wèn)題，沒(méi)人能回答，”Rahmstorf說(shuō)：“我認(rèn)為，我們有充足的證據(jù)證明，在某處有一個(gè)閾值，而且越來(lái)越多的證據(jù)表明，AMOC正在減弱。這意味著它正朝著臨界點(diǎn)而去?！?/p>
IPCC最近發(fā)布的海洋氣候變化報(bào)告預(yù)測(cè)，雖然AMOC在本世紀(jì)將大幅減弱，但在2100年以前不太可能崩潰。按照我們現(xiàn)在的碳排放速度，模型給出的崩潰時(shí)間在2300年。
烏得勒支大學(xué)海洋學(xué)家Dijkstra警告說(shuō)，這些模型可能過(guò)于樂(lè)觀。它們忽視了格陵蘭冰蓋融化帶來(lái)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(huì)淹沒(méi)整個(gè)系統(tǒng)，打破平衡。
“這很危險(xiǎn)，”他說(shuō)：“我認(rèn)為人們低估了這一點(diǎn)?！?/p>
傳送帶停擺將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果。
在過(guò)去的大規(guī)模氣候變化中，可以看到AMOC停止的痕跡。
大約95萬(wàn)年前，AMOC突然停止，給地球帶來(lái)了漫長(zhǎng)的冰期。更近一些，大約1.3萬(wàn)年前，AMOC明顯減弱后，歐洲迎來(lái)了長(zhǎng)達(dá)2000年的寒冷期，即“新仙女木時(shí)期”。雖然我們不確定是什么導(dǎo)致這條傳輸帶停擺，但冰原融化應(yīng)該是一個(gè)重要原因。
即使海洋環(huán)流沒(méi)有完全停下，其減弱也會(huì)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(huì)更冷。2004年的災(zāi)難片《后天》夸張地表現(xiàn)了這種情況。
不過(guò)科學(xué)家表示，不會(huì)像電影中那樣，冰河世紀(jì)在一夜間降臨。AMOC減緩的后果需要幾十年甚至更長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)體現(xiàn)出來(lái)，雖然在地質(zhì)時(shí)間尺度，這只不過(guò)是一瞬。根據(jù)IPCC的說(shuō)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(zhuǎn)移，擾亂對(duì)亞洲和南美洲作物極為關(guān)鍵的季風(fēng)周期。
大西洋兩岸的洪水和干旱將加劇，美國(guó)東南部和墨西哥灣的颶風(fēng)也會(huì)更加頻繁。后續(xù)的墨西哥灣暖流會(huì)導(dǎo)致美國(guó)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(huì)隨之上升。
海洋生態(tài)系和漁業(yè)將受到影響。更重要的是，混亂的海洋環(huán)流將對(duì)已經(jīng)不穩(wěn)定的氣流造成進(jìn)一步?jīng)_擊，導(dǎo)致更多的夏季熱浪和冬季寒潮襲擊北美洲和歐洲。
無(wú)法遏制的變化？
9月中旬，當(dāng)我們向東穿過(guò)弗拉姆海峽時(shí)，秋季的嚴(yán)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(jié)冰速度放緩。根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，9月時(shí)海冰范圍達(dá)到有記錄以來(lái)第三低，10月則再創(chuàng)新低。反射太陽(yáng)熱量的冰越少，北極就會(huì)變得越溫暖，形成惡性循環(huán)。
回到斯瓦爾巴特群島，在豐富多彩的港口城鎮(zhèn)朗伊爾城的港口，de Steur和我一起看了海洋探測(cè)器的最新數(shù)據(jù)。北極淡水洪水在2017年達(dá)到頂峰，她說(shuō)，那之后似乎有所緩解。這是個(gè)好消息，但這可能僅僅是因?yàn)轱L(fēng)把所有淡水吹到了北極。隨著風(fēng)向改變，就像之前那樣，淡水可能會(huì)被吹到南邊。
同時(shí)，全球升溫和冰層消失仍在繼續(xù)。De Steur的系泊設(shè)備發(fā)現(xiàn)，在過(guò)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(shì)持續(xù)下去，那么將會(huì)破壞深海海水的形成，像涌入的淡水一樣，抑制傳送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)。
她說(shuō)，如果不盡快減少溫室氣體排放，“我擔(dān)心這些變化將無(wú)法遏制、無(wú)法逆轉(zhuǎn)”。
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