谁能毁掉欧洲?
2021-11-26 08:05

谁能毁掉欧洲?

本文来自微信公众号:地球知识局(ID:diqiuzhishiju),作者:小哲,编辑:养乐多,题图来自:视觉中国


一夜之间,繁华都市成为冰封的世界,彻骨的严寒和秩序的崩溃令人深感绝望,2004年上映的灾难电影《后天》讲述了这样的故事:随着全球变暖的加剧,极地冰川的崩解与融化的海水切断了北大西洋暖流,冰期骤然降临在美国与欧洲。


著名的纽约自由冰激凌像《后天》


虽然电影中不可避免存在一些夸张和虚构,但这绝非无稽之谈。许多人也许会困惑,全球变暖下,气候为何会突然堕入严寒?事实上,这与电影中的北大西洋暖流密切相关。而现实中随着全球变暖的加剧,世界上尤其是欧洲的气候学家都在警惕地关注着这条洋流。


这是一个改变欧洲和世界的洋流


欧洲“暖气片”


大西洋南北跨度极大,其热带部分由于日照时间长、太阳高度角较高,从而接受了更多的太阳辐射而愈加温暖。在低纬度东风的吹拂下,南赤道洋流西至南美大陆圣洛克岬,受阻分流,其北支的圭亚那暖流沿着南美大陆经加勒比海注入墨西哥湾。


墨西哥湾内温暖的海水在信风吹拂下,从狭窄的佛罗里达海峡汇聚流出,变为高温高速的佛罗里达暖流,与北赤道暖流北支——安的列斯暖流汇合成强劲的湾流,由于湾流由南北赤道洋流所合并而成,所以其温度特别高。



南赤道洋流—圭亚那暖流—佛罗里达暖流—北大西洋暖流,穿越南北半球的辽阔征程


湾流沿着美国东岸向北流,在北纬45°和西经45°分别发生分流,其所有的分支都统称为北大西洋暖流。这股暖流长达1万公里,速度可达2m/s。早在1513年,西班牙探险家庞塞·德莱昂就已经注意到了,这股强大的水流显著加快了其从墨西哥到西班牙的航行速度。


非常强劲,十分壮观


暖流一部分转向南,经伊比利半岛沿岸,称为葡萄牙洋流,并且继续向南沿北非西岸流动形成加那利寒流,最后汇入北赤道洋流。


而大部分暖流在中纬度强劲的西风吹拂下沿着与洋流近乎平行的欧洲海岸,经冰岛、英国之间,长驱直入挪威沿岸等高纬度地区,这一支也被称为挪威洋流。


如果没有北大西洋暖流,欧洲高纬度地区将比现在要冷得多


随着北大西洋暖流向着寒冷的高纬度地区前进,热量不断释放,海水不断蒸发,再加上海水结冰,导致盐分留在水中,从而使得表层洋流的水温下降、盐度增加、密度变大。这部分海水下沉,并沿着大西洋底部向南进入南大洋,汇合更多的高盐度低温海水后,流入印度洋与太平洋。


在低纬度加热作用下,海水升温,密度减小,从而逐渐上翻,之后随着表层洋流回到大西洋,就这样完成了一个完整的闭合的温盐环流过程,称为大西洋经向翻转环流。


整个星球的海洋是连为一体的,你很难想象他们每时每刻,都在星球上以怎样复杂的方式流动着(横屏)


由表层风漂流以及海水温盐环流共同构成的三维环流模式,驱动着北大西洋暖流源源不断地将热量从低纬度向高纬度地区输送,每秒预计向欧洲输送高达1亿m³的温暖海水,其产生同等的热量需要近百万座核电站。



这股强劲的能量输送其实是欧洲很多国家的生命线,即使在纬度相当高、相当寒冷的冰岛,暖流也让其南部有了一块相对宜居的区域


因此北大西洋暖流成为了源源不断输送热量的“暖气片”,再加之欧洲没有巨大南北向山脉阻挡,海洋气流能够长驱直入,使得整个欧洲西北部为温暖湿润的温带海洋性气候控制,1月平均气温比同纬度的亚洲东岸和北美东岸气温要高出15-20℃。


如果将地球海洋表层的暖流区域粗糙加以区分,会发现欧洲享受着多么巨大的热能福利,欧洲的纬度相比中国、美国都更高,而其主要城市相比同纬度的亚洲要温暖得多(横屏)


如英国伦敦和我国的漠河基本处于同一纬度,但是其冬季平均温度为4-9℃,显著高于漠河-20℃的冬季平均温度。如果没有北大西洋暖流,欧洲温度将会降低至少5-10℃,这里将会拥有漫长的冬天和冰雪覆盖的景观,而绝非现在郁郁葱葱的绿色田野。


从地跨欧亚的俄罗斯可以更直观看出这一点,如果没有这股暖流,永久冻土的范围就会包含东欧和北欧(横屏)


温暖的北大西洋暖流携带着丰沛的水汽,使得欧洲西北部全年降水稳定,云量大,湿度高,多雾雨天气,如久负盛名的“雾都”伦敦。由于海洋性气候冬暖夏凉,降水量季节分配均匀,阴雨天气造成日照较少,不利于谷物类的成熟,但适于多汁牧草生长。这也造就了西欧地区发达的畜牧业经济。


强劲的北大西洋暖流甚至可以一直穿越北极圈以北的巴伦支海,使得俄罗斯北冰洋沿岸的摩尔曼斯克港口虽地处北纬69°,但是终年不冻。



冬季的摩尔曼斯克,依旧可以行船(图:shutterstock)


气候变化“催化剂”


仙女木(Dryas Octopetala)是一种生长在高纬度北极地区的八瓣花植物,这种野花也出现在较低纬度的英格兰与北欧的沉积物中,并对应着温度下降的信息,科学家将这类气候变冷事件称之为仙女木事件。


而距今最近的新仙女木事件(此前还有老仙女木事件),大致发生于1.29-1.15万年前,这一时期北美格陵兰地区气温骤降20℃左右,英国南部地区的温度也降低了8℃以上。


这一时期内,猛犸象、巨型短面熊、剑齿虎等大型哺乳动物突然灭绝,北美克洛维斯人也突然消失 (Clovis,其文化属于史前古印第安人文化)


最初人们以为新仙女木事件只发生在北美及欧洲地区,但随着研究的深入,世界上的其他地方也发现了温度降低的证据,表明这是一段全球范围的变冷事件。


但令人奇怪的是,这次变冷事件其实发生于末次冰期结束后。当时,全球气温已经开始逐渐回升,冰川逐渐消融。然而,仙女木事件却突然降临,在不到100年左右的时间里,气温下降了将近3℃,甚至许多地区的冰川重新发育,天气状况甚至与冰期的极值一样寒冷,这样的严寒持续了大约1300年。


关于此次仙女木事件的假说有很多种,对当时全球的寒带、亚寒带生物可谓一次重大打击(本图只是原理示意,不解释具体的温度变化)


大规模降温的原因众说纷纭,最有可能的一种,就是北大西洋暖流。


从2.65-1.9万年前末次冰期最盛期(Last Glacial Maximum,LGM),北美大陆发育出巨大的冰盖——劳伦泰德冰盖,北欧地区同样也覆盖着大量的冰盖,这些冰盖环绕在北大西洋周边。


劳伦泰德冰盖是北美地区更新世的主要特征,对现在美加的很多地表形成起了很大作用(图:LLOYD K. TOWNSEND, JR.)


随着全球温度的升高,这些冰盖的融化使得大量淡水直接注入北大西洋,阻碍了原本在高纬度地区应当下沉生成的深层水,干扰了温盐环流的正常循环,向北传输热量的北大西洋暖流崩溃,气温骤然下降。


直到环流机制的重新建立,气温才再次迅速回升,随着仙女木事件都结束,地球才进入了稳定温暖的全新世,人类才进入了农业时代。


事实上,冰川与北大西洋暖流的相爱相杀,在历史上不止一次出现。


科学家发现,在末次冰期深海沉积岩芯中,有6个含有较多粗颗粒冰漂岩屑、有孔虫化石减少的沉积层。


这表明在6.9-1.43万年前的冰期,随着北美大陆上的劳伦泰德冰盖的扩张发展,有6次大规模的冰架延伸至大陆边缘断裂的情况发生,大量浮冰进入北大西洋,引起海水温度急剧降低,被称为海因里希事件。


低温导致冰盖扩张,海陆相接处新的薄冰层又十分脆弱,以至于会断裂形成浮冰,穿越北大西洋,导致海温骤降(仅供示意)


距今约9000年前,随着全新世变暖的加深,劳伦泰德冰盖大量融化,现在已经不存在的阿加西湖(the Glacial Lake Agassiz)在加拿大中部由融水形成。8200年前,其北部的冰盖崩解,使得阿加西湖决口,大量淡水注入哈得孙湾,又一次引起欧洲和北美地区的剧烈降温。


谁能想到加拿大一个大湖决口,都能引发欧洲和北美大降温呢


回顾地质历史,我们可以发现,不论是寒冷的冰期还是温暖的间冰期,甚至是两者的过渡期,冰川的变化都会通过影响北大西洋暖流,显著影响着欧洲、北美乃至全球的气候变化。


现代全球变暖与北大西洋暖流


如今,随着温室气体的增加,全球显著增暖,格陵兰岛冰川的加速融化,引发淡水涌入海洋,将使得温盐环流受到削弱,北大西洋暖流处于更加不稳定的状态,类似于新仙女木冷事件可能会再次重演。


如今的九月和二十年前的九月相比,北冰洋的冰层已经小了很多


最近的研究表明,自1950年以来,北大西洋暖流的流速至少减慢了15%,其减弱程度是“过去1千年中前所未有的”。预计到本世纪末,如果全球变暖持续加剧,全球海洋环流可能会减缓34%至45%。


所以以后是冰更多了呢,还是更少了呢,北极熊在线提问,想知道,挺急的(shutterstock)


气候学家们担心,这将危险地接近气候突变临界点。一旦到达临界点,气候系统将迅速发生变化,时间尺度甚至可以短至几十年。这也就意味着,我们这一生中,就有可能会目睹到灾难的发生。


美国国家海洋和大气管理局发布的报告指出,北大西洋暖流减缓引起海水的堆积,进一步加剧海平面上升。并将影响飓风活动的大气环流条件变化,促使热带降雨带向南移动。这些变化,将深刻影响农牧业活动,引起海洋生态系统的破坏。


灾难不仅在于地球整体变暖或变冷,而是整体引发的各个局部地区的气候不稳定,即使是局部,对于人类来说也是超大尺度的不可抗力(图:NASA)


与美国相比,处于更高纬度和北大西洋暖流下游的欧洲国家显然更为警惕,北大西洋暖流的崩溃,意味着欧洲现有的气候格局将会发生剧变,进而可能对其社会产生更加深远的影响。



今年2月中旬,雅典迎来多年罕见的大雪-冰雪封卫城(横屏看图  图:shutterstock)


与洋流系统相比,气候系统显然要更加复杂。北大西洋上存在着两个半永久性的大气活动中心,分别为冰岛低压和亚速尔高压。当冰岛低压加深时,亚速尔高压加强;相反,当冰岛低压填塞时,亚速尔高压则减弱。这一类似于跷跷板的现象称为北大西洋涛动(North Atlantic oscillation ,NAO)



冰岛低压与亚速尔高压


当北大西洋涛动强时,两个活动中心之间的气压差大,北大西洋中纬度的西风强,美国东部和整个北欧的温度和降水高于平均水平,格陵兰岛、南欧的温度和降水低于平均水平。当北大西洋涛动弱时,则观测到相反的温度和降水模式。


北大西洋涛动较强时的状态


北大西洋涛动较弱时的状态(欧洲南部高温少雨)


一旦温盐环流减弱, 将会减少向北的热量输送, 北大西洋海温将会降低。而大气的响应结果,使北大西洋涛动减弱,势必会对欧洲的降水和温度格局产生影响。特别是北大西洋涛动减弱,很有可能与近年来欧洲夏季饱受热浪侵袭困扰,存在一定的关联。


连北极都在不停刷新高温记录,欧洲人能不热嘛


北大西洋暖流和北大西洋涛动的相互作用,将会改变欧洲、美国乃至全球的大气状况。这意味着极端天气或许将更加频繁,对未来的预测以及政策的制定也将更加困难。


由此可见,海洋、大气、冰川通过各种机制耦合在一起,牵一发而动全身。虽然在全球变暖的形势下,北大西洋暖流的变化对于欧洲、北美的影响更为直接,但气候作为复杂系统将使得全球都面临更多的不确定性。



等下次,我们找机会讲讲南极环流


太多因素的影响也导致我们很难确定气候将在何时何地变暖或者变冷。未来的气候,将需要花费更多精力去研究和探索。


人类的百万年历史,在地球46亿年中也不过是一瞬间。地球已然经历过各种各样的气候状况,人类还没有出现时,地球以及生物已然存在,而且还将继续演化发展。


所以,地球其实并不需要我们的保护。人类采取行动遏制全球变暖,其实是保护我们人类自身。


参考文献:

1.张仲石,王会军,郭正堂.温盐环流反转及其对新生代气候的影响[J].第四纪研究,2009,29(06):1064-1070.

2.丁晓东,郑立伟,高树基.新仙女木事件研究进展[J].地球科学进展,2014,29(10):1095-1109.

3.秦大河主编 《冰冻圈科学概论》 第7章:不同尺度的冰冻圈演化

4.Helga (kikki) flesche kleiven,Catherine kissel et al. Reduced North Atlantic Deep Water Coeval with the Glacial Lake Agassiz Freshwater Outburst. Science.(2008)

5.牟林,陈学恩,宋军,李欢,李琰,姜晓轶,李海,陈幸荣.大西洋热盐环流年代际变化机制研究  Ⅲ.北大西洋海气要素对热盐环流年代际振荡的影响[J].海洋学报(中文版),2011,33(04):19-28.


本文来自微信公众号:地球知识局(ID:diqiuzhishiju),作者:小哲,编辑:养乐多

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