我曾经在纽约生活过几年。要说,纽约的确是个好地方,冬暖夏凉,又很温润。

在纽约经常能看到有人大冬天还穿着短裤走在街上,更不用说那一年一度的穿内裤乘地铁日也是在寒冬时节。有人说那些都是一年四季只穿短裤的加州人;有人说那是因为白人体格好,抗冻;也有人说那是西方人吃的东西不一样,内热。

不过,我心下痒痒,也试过在冬天下雪时穿着短裤去旁边的河畔公园跑步,或是从哥大的健身房出来,穿着短裤走回家。亲测无问题。

然而这几年,在新闻上经常看到纽约和美东地区遭遇暴雪袭击,甚至冻死老人或是街上的流浪汉。四季如春的纽约怎么就变得“路有冻死骨”了呢?科学家们近年来的研究表明,罪魁祸首很可能是二氧化碳以及它所造成的温室效应。对,你没看错,我也没写错,就是温室效应!

很多人对于温室效应都有一个认识上的误区,认为它就等于全球变暖,也就是大家都变得暖和和的。反正我不怕热,所以我无所谓!但实际上,温室效应造成的影响是多方面的,也是非常复杂的。总体来看,全球性平均气温上升是一个大趋势,但同时也伴随着气候系统的紊乱,导致各种极端天气越来越常见。这最后一点才是比温度上升更可怕的,也对我们人类有着更为巨大的影响。

具体说到美东地区的寒冬,又是怎么与温室气体联系上的呢?让这两者发生联系的关键中介力量是北大西洋环流。

北大西洋表层洋流(橙色)与深海回流(蓝色)(参考文献1)

我国作为一个内陆国家,历史上对海洋的重视程度一向不足,特别是明朝开“海禁”先河之后,华夏文明更是有了自绝于海洋的趋势。这或多或少导致了后来面对西方列强的海战溃败。其实我们之所以会有这样的历史,也是因为我国很多历史名城都在内陆,整体又是一个基于陆地的农业文明,所以受海洋的影响较小,相当一部分沿海大城市都是近一二百年才发展起来的。

美国的情况则与我们不同。由于来自欧洲的新教徒最早在美东地区,也就是所谓的新英格兰地区登陆,所以这一带的海岸遍布着美国的主要大城市,其中就包括美国第一大城市纽约。纽约的气候与海洋息息相关,它的四季宜人主要都归功于海洋的存在。一方面,水的比热容大于空气和陆地,所以海水最能有效保存热量,迟缓温度变化,造成温和的气候。另一方面,海洋中存在着洋流,能够从纬度不同的地区带来更温暖或更寒冷的海水,这往往在很大程度上影响着沿岸的气候。

隐在雾中的旧金山大桥(维基百科)

洋流带来的温度变化有时会形成很夸张的气候现象。在北美大陆另一侧的加州沿岸就有一个著名的案例——雾都旧金山。我们对于旧金山的印象往往是它那座横跨海湾的雄伟的金门大桥。然而在美国人印象中,旧金山是一个不折不扣的雾都。实际上,金门大桥的红颜色(官方说法是“国际橙”)就是为了在雾中取得更好的能见度,以避免出现撞船撞机事故。不过如果你真见过雾中的金门大桥就会知道,无论把桥刷成什么颜色(美国海军曾建议刷成减速带用的黑黄相间条纹)都是徒劳的,因为旧金山的雾实在是太大了。

我曾经骑着自行车上过金门大桥,亲身体会过旧金山的大雾。那种感觉就像是爬山穿过云层时一样,跟走在雨中差不多,能见度也就二十米左右。旧金山的雾给我的最强烈感受还不是它的浓,而是它的冷——彻骨的寒冷。当时是盛夏的八月份,我早有耳闻的前提下已经带了一件抓绒冲锋衣,但还是冻得够呛。我同行的伙伴则干脆在桥头的纪念品商店买了一件兜帽衫穿,因为实在是冻得受不了了。

旧金山的冷雾给这座城市造成了夏季的低温。虽然它位于北纬37度左右,与我国胶东半岛的烟台市相仿,但它却是美国主要城市中夏季(六至八月)温度最低的。在旧金山城区生活过的人都知道,这里一年中最热的月份不是七八月,反而是冷雾消散之后的九十月份,令新来的人颇不适应。

之所以旧金山的雾会这样冷,主要都是洋流造成的。当夏季气温升高之后,旧金山旁边的内陆峡谷地区有大量的热空气上升,造成了地表的低压,于是将太平洋上的空气吸了过来。而旧金山附近的海水是从北部寒冷地区南下的加利福尼亚洋流,因此其表面的空气温度也相当低。这种冷空气与内陆热空气的强烈碰撞才产生了浓雾,并且有着非常低的温度。

我在旧金山市内一座小山上拍摄的夜间大雾,时间是七月底。

纽约所发生的事情则与旧金山的情况刚好相反。纽约处于北纬40度左右,比北京的纬度稍稍高一些。但是纽约的冬天明显要比北京的冬天暖和一些(我是不敢在北京的冬天穿着短裤出门跑步的)。这种不太冷的冬天是由温暖的墨西哥湾洋流所带来的,这股洋流裹携着在墨西哥湾和赤道地区获得的热量北上,给新英格兰地区带来了比同纬度内陆地区更温暖的空气。

我们一般称洋流为洋流循环。道理很简单,海洋不是大江大河,这里的水流走了,就要有别处的水补充过来。这种循环有时以水平方向为主,有时则以垂直方向为主。在北大西洋环流中,这两种现象都有。温暖的墨西哥湾洋流撞上纽约东边伸出来的长岛之后,转而向东,在欧洲与格陵兰岛与北美大陆之间形成了一个逆时针的水平循环(见前文北大西洋环流图)。另一方面,在垂直方向上来看,温暖的墨西哥湾洋流密度小,主要是在海水表层,而底层深海洋流的流动方向刚好相反,是密度更大的冰冷洋流,由北向南流动(见前文北大西洋环流图)。

科学家们对于北大西洋环流的持续监测表明,在1950年代以来的半个多世纪中,北大西洋的洋流强度已经减弱了15%。至于其原因,则是多方面的。其中最主要的原因之一就是海水温度的变化:在温室效应下,北大西洋的海水变冷了。

实际观测(右图)和气候模拟计算(左图)都表明,大气二氧化碳浓度增加会导致北大西洋表层水体温度的下降(参考文献2)

难道温室效应不应该让海水温度跟着一起上升吗?但无论是实际观测数据(右图)还是根据高精度气候模型计算模拟的结果(左图)都表明,二氧化碳浓度的提升导致了北大西洋区域海洋表层水体温度的下降。这是因为温室效应带来的全球整体气温提升导致了更严重的冰雪融化。北欧、格陵兰、加拿大的冰川,以及北极的浮冰都在剧烈融化。监测表明,2017年冬季的北极地区竟然出现了零度以上的气温。这就意味着,北极地区一年四季都在向海洋中注入寒冷的融水。这些低温融水令南下的冰冷洋流变得更强大,严重阻碍了温暖墨西哥湾洋流的北上。另外,融水是淡水,又来自陆地或浮冰,因而容易在海洋表层形成含盐量低的水体,密度小于底层更咸的水体。这样一来,低温融水令南下的冰冷洋流变得更浅,对墨西哥湾洋流的抑制作用也就更强。

总有人反对用人类二氧化碳排放来解释气候的反常,但实际上这在科学界已经是确立了几十年的常识。当然,科学家们也总在挑战自己,寻找更多的相关证据。在北大西洋环流减弱的问题上,最新的研究证据来自洋底的淤泥。根据对洋底淤泥钻探获得的柱芯,可以从不同历史时期的沉积物中测得当年洋流的强度。相关证据表明,在1850年之前的1500年间,北大西洋环流几乎没有什么变化,然而从1850年开始,北大西洋环流的强度便不断减弱,并在近50年间出现显著的下降。

1850年发生了什么?有人说:如果说人类历史上只发生了一件事情,那就是工业革命。这句话从很多角度来看都是正确的,而在二氧化碳相关的问题上来看则尤其正确。1850年代正是英国基本完成第一次工业革命,其他欧洲国家的工业革命初步开展起来的时代,也就是人类历史上第一次将二氧化碳排放规模抬高到非自然程度的时候(超过了天然火灾和火山爆发的贡献)。

实际上,二氧化碳排放所造成的环境问题绝不仅仅是气温升高几度那么简单。人人都知道二氧化碳溶于水会形成碳酸,这也是碳酸饮料的由来。而二氧化碳溶入海水所导致的问题称为海洋酸化。这一现象对于珊瑚等需要合成不溶碳酸钙的生物来说,有着致命的影响。而珊瑚礁是十余万种海洋生物栖息的家园,被誉为海洋中的热带雨林。如今海洋酸化的速度正在逐渐加快,很可能到这个世纪末就会导致筑礁珊瑚的全面灭绝,随之而去的还有那十余万种栖身其间的海洋生物。

二氧化碳造成的冰川和浮冰融水除了对洋流的影响以外,还会因为轻于咸水而漂在海洋表层,阻碍海洋的垂直对流,导致海水缺氧,进而把海洋变成一片“不毛之海”。地球历史上的第一次大灭绝,也就是奥陶纪末期大灭绝就与这样的海洋缺氧有关。

对于地球历史上几次大灭绝的科学研究还发现,二氧化碳造成的温室效应之后就会是更可怕的“寒室效应”。美国科幻电影《后天》中的冰天雪地并非全是幻想。本来,我们人类文明赖以发展的这个温暖的间冰期就面临着结束,而寒室效应的双重作用很可能导致我们面对一个无比寒冷的大冰期。

人类,你们准备好了吗?


参考文献:

1、North Atlantic circulation slows down. S. Praetorius. Nature 556: 180-181(2018).

2、Observed fingerprint of a weakening Atlantic Ocean overturning circulation. L. Caesar et al. Nature 556: 191-196(2018).

3、Anomalously weak Labrador Sea convection and Atlantic overturning during the past 150 years. D. Thornalley et al. Nature 556: 191-196(2018).

4、The Ends of the World. Peter Brannen. HarperCollins Publishers, 2017.

5、《大灭绝时代》,Elizabeth Kolbert,叶盛 译,上海译文出版社,2015.

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:叶盛

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