推迟全球变暖，你还能撑多久

信息爆炸是惊人的。新技术允许我们接近这里。

飓风将海底古老的海水吹到了水面。资料来源:科林·蒙特思

乔埃伦·拉塞尔被10米高的海浪打了个措手不及。在新西兰南部的一次探险中，风浪冲击了她的研究船。"我们被卷进了水山，船似乎随时都会抛锚。"亚利桑那大学的海洋学家拉塞尔回忆道。凶猛的海浪几乎使她从船上掉下来。

但真正让她震惊的是海水分析传感器的数据流。随着船体不断倾斜，她意识到海洋表面缺氧，碳越来越多，而且非常酸——这是深海富营养化水上升到表面的标志。因此，罗素的脚是几个世纪没有“出现”的古老海水。

尽管罗素1994年的经历有争议，但这种海水上升流现在被认为是南大洋的一个特征。南极洲周围的神秘漩涡是由世界上最大的持续风力驱动的。南大洋可以从大气中吸收大量的二氧化碳和热量，从而减缓全球变暖的速度。此外，其强大的洋流驱动着世界上大部分的海洋环流。

但是恶劣的自然条件使得海洋学家几十年来都远离这里。然而，现在有了变化。世界各地的研究人员使用浮标、系泊系统、船只、滑翔机、卫星、计算机模型甚至传感器在这里进行研究。他们计划填补巨大的数据空白，了解南大洋的功能，这将有助于提高他们预测全球变暖、南极冰架融化和海平面上升速度的能力。

“信息爆炸是惊人的。”阿诺德·戈登(Arnold Gordon)是哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的海洋学家，他在20世纪60年代领导了南极考察队，他说，“新技术让我们能够接近这里。”

来自海洋浮标的原始数据显示，不断上升的海水可能会限制南大洋的二氧化碳年吸收量。这提出了一个新问题:这些海水在多大程度上能阻止未来全球变暖的到来。"南大洋是研究气候变暖的重要地区."英国南极调查局的海洋学家迈克尔·梅雷迪斯说。

追踪碳排放

几个世纪以来，南大洋的秘密吸引了无数的探险家，但是这里独特的环境使得船只很难进入。

直到20世纪80年代，科学家们才意识到控制全球变暖的重要性。研究人员一直试图解释为什么大气中的二氧化碳浓度在冰河时代末期下降了约1/3，后来又增加了。科学家们长期以来一直推测，海洋吸收了全球变暖产生的约93%的额外热量和人类排放的约26%的二氧化碳，但尚不清楚这些热量和碳是从哪里进入海洋的。

美国普林斯顿大学的海洋学家豪尔赫·萨米恩托意识到南大洋流和生物可能有助于降低或升高地球温度。

南极洲周围的水域似乎是地球上少数几个不受全球变暖影响的地区之一。根据美国宇航局2015年发布的一份研究报告，南极洲增加的冰多于融化的冰。该报告称，南极冰盖正在增厚，失去的冰比冰川还多。

Sarmiento和他的同事首次收集了控制南大洋碳含量的化学和生物过程的实时数据。利用新的数据，该小组测试了它的模型，并改进了它对二氧化碳在空气和海洋中运动的估计。间接证据显示，自工业革命以来，南大洋是一个碳汇网络，吸收了15%的人为二氧化碳排放。然而，在一年中的某些时候，在一些海域，富含碳的地表水会数次向空气中释放二氧化碳。

目前，海洋学家可以在几个国际探测网络的帮助下对南大洋进行研究。例如，耗资2100万美元的南大洋碳和气候观测和建模项目(SOCCOM)部署了51个机器人浮标，以监测南极洲周围海域的水化学和生物活动的若干指标，并跟踪流入南大洋的大量二氧化碳气体。SOCCOM于2014年由美国国家科学基金会资助成立，将在南大洋运营六年。项目科学家的最终目标是扩展到世界海洋。

此外，海洋学家仍在使用国际阿尔戈阵列3900多个浮标提供的数据。这些自动探测器可以定期下降到2000米的深度，在再次上升到地面之前测量温度和盐度数据，然后将它们的观测结果发送给人造卫星。

现在，研究人员可以近乎实时地观察南大洋的变化，尤其是在冬天。"我们可以立即看到二氧化碳流入空气，这比我们预期的要多."萨米恩托说，“这是一个巨大的变化。”

仅基于13个浮标的未发表的研究显示了至少一年内中南部海洋的海水发生了什么变化。研究人员现在提出了一个问题:冬季二氧化碳排放量的增加是否代表了整个南大洋的更大趋势？

“这很奇怪。”普林斯顿大学的博士后研究员艾莉森·格雷说，“这也意味着南大洋的碳汇能力比预期的要弱。”

英国廷德尔中心主任科琳·勒·奎雷2007年在《科学》杂志上发表的一项研究表明，1981年至2004年间，南大洋的碳吸收率下降了。作者将这归因于南极季风的变化。

如果这一趋势持续下去，未来大气中的二氧化碳水平将会迅速上升。然而，去年发表在《科学》杂志上的研究指出，海洋的碳汇能力在21世纪初开始改善。无论如何，SOCCOM将帮助研究人员回答这些问题。

海水变暖

碳只是南大洋故事的一部分。

南大洋是洋流网络的起点，洋流网络可以从海底带来水、热量和营养物质。在南极洲附近，地表水变得更冷、密度更大，然后逐渐下降，形成深海水流。2010年，研究人员分析了数据，发现深海海水显示出显著的变暖趋势，吸收了全球变暖导致的大约10%的多余热量。

海洋深处的变暖令人惊讶，研究人员对南大洋提出了几种解释。一个因素可能是南极附近表层海水的盐度下降，部分原因是夏季降水增加。新鲜地表水的密度很低，因为供给海底以维持底层水流的冷水减少了。"没有足够的冷水供应，所以底部的海水变热了."美国海洋和大气管理局的海洋学家格雷戈里·约翰逊说。

根据第三轮船舶检验的初步数据，在一项未发表的研究中发现了类似的趋势。但是研究人员计划进行更频繁的测量，以便得出更全面的图像。如果计划中的国际项目能走得更远，这是可能的。最新的“深阿尔戈”项目将部署大量测量深度远远高于标准的浮动装置，这为科学家研究深水热开辟了一个新的视角。

一些科学家也在使用系泊设备来研究深海洋流。自1999年以来，戈登一直在威德尔海维护一系列系泊设施。该海域也是研究表层冷水下降形成的海底海流的主要海域。他说，在一些地区，深水正逐渐变得“轻”，但长期趋势尚不明显。

“我们对底层水如何变化及其对全球洋流的影响知之甚少。”他说。

沿着悬崖漫步

2015年1月，海洋学家将澳大利亚破冰船“南极之光”带到了南极。他们有一个独特的机会。随着冰层的破裂，他们到达了托顿冰川的边缘。卫星观测数据显示，在过去的15年里，冰川已经显示出变薄的迹象。

研究人员使用浮标和滑翔机来研究托顿冰川附近和下方的海水。令他们惊讶的是，冰川前的海水比底部冰点的水要热3℃。

科学家发现温暖的海水切断了南极洲西部的一些冰架。然而，澳大利亚南极气候和生态合作研究中心的海洋学家史蒂夫·林图尔(Steve Rintoul)表示，托顿冰川考察可以提供第一手信息，以研究同样影响东南极洲的过程，并对该大陆巨大冰盖的寿命提出新的问题。

目前还不清楚是什么因素加热了表层水流。一些科学家认为这是由南大洋季风的变化和温暖海水的上升流引起的。其他人关注新的地表水和一些地区海冰的变化。"所有的科学家，包括我在内，都有自己有偏见的理论."戈登说，“但科学是:你观察得越多，它就变得越复杂。”

要找到答案，可能需要来自南极洲“土著”的更多帮助。梅雷迪思的团队计划在威德尔海豹潜入冰架下寻找食物时，在它们身上安装传感器来收集海水数据。"这些水域非常重要，但很难测量，海豹突击队队员可以穿越屏障."梅雷迪思说。

获得数据只克服了一半的障碍，最终科学家需要改进洋流如何在世界各地传递热量、二氧化碳和营养的模型。然而，正如拉塞尔所说，“对于海洋学家来说，这是一个好时机。”(张张编)

中国科学新闻(2016-12-28第三版国际版)