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如果北极的冰川完全消失,它将给人类带来什么后果?

彼得·沃德姆斯为他的写作主题呈现了丰富的专业知识——并且他也是个优秀的作者。他解释了为何北极冰川的命运对世界气候至关重要,并澄清了摆在科学家和政策制定者面前的争论和复杂局面。本书十分引人入胜。——马丁·里斯,英国皇家天文学家

作者简介:

彼得•沃德姆斯 (Peter Wadhams):英国剑桥大学斯科特极地研究所主任、海洋物理系教授。他曾 50 多次考察南北极地区,开展海冰实地考察工作。曾获爱丁堡皇家学会授予的W.S.布鲁斯奖、英国极地勋章和艾塔加斯环境科学奖。

书籍摘录:

第一章 导论:蓝色北极

自 1970 年始,我的身份就是极地研究者。我有幸多年担任剑桥大学的斯科特极地研究所(Scott Polar Research Institute)主任一职。斯科特极地研究所为纪念罗伯特·福尔肯·斯科特(Robert Falcon Scott)上尉而建,它是各学科极地研究者汇聚的理想乐园,许多研究者都曾长期离开自己供职的研究机构,以便在斯科特研究所无与伦比的图书馆里潜心治学。 20 世纪 70 年代到 80 年代的整个时期,我每年都会造访极地地区(通常是北极),有的年份甚至数次前往,为的是像我的欧洲、美国、俄罗斯和日本同事一样致力于理解海冰中发生的基本物理过程以及何种过程决定了它的形成、消融和漂移。研究人员对冰川的实地考察往往困难重重,有时甚至很危险,并且几乎很少有研究者会认为我们投入心血的研究对象——北冰洋——会在我们的眼皮底下发生改变。一开始,人们很难理解北极冰川的变迁机制。但它的确在变化。很幸运,在比较 1976 年至 1987 年间来自潜艇部门的冰川厚度调查结果,并发现在此期间冰川平均厚度减少了 15% 之后,我成为拿出北冰洋冰川变化确凿证据的首批研究者之一。这一研究结果发表在 1990 年的《自然》杂志上,它进一步刺激了之后 10 年间展开的大量工作,这些工作表明,北极冰川变薄不仅确凿无疑,而且自 20 世纪 70 年代以来,其厚度已减少 40% 。真正重要之事也在逐渐发生。极地研究人员纷纷从自身的专业研究领域抽身出来,进而开始在更大的图景中考虑此事。他们已成为气候变化方面的专家,事实上也是气候变化研究领域的先驱,因为全球气候变化在北极表现得最为迅速和剧烈。

我自己于 1970 年夏天登上首次进行环美洲航行的加拿大海洋考察船“赫德森号”(Hudson)并因此首次进入北极,之后,便对极地海洋产生了兴趣。“赫德森-70号”考察队于 1969 年寒秋离开新斯科舍省(Nova Scotia),当时它已南下经过了南极半岛、南冰洋、智利峡湾和广阔的太平洋。那时,我们正准备完成之前仅有 9 艘船实现过的壮举,即穿越西北航道(Northwest Passage)。这艘船可破冰航行,这也是此次航行的必要条件。在阿拉斯加北部和加拿大西北地区(Northwest Territories)的海岸线上,北冰洋的海冰与陆地相隔很近,留给我们通行的无冰水域仅几英里宽。有时,海冰一直蔓延至海岸,我们就不得不从多年集聚的密集海冰(彩色插图1)中开出一条路来。最终,航行至西北航道中部时,我们不得不求救于政府的重型破冰船“约翰·A.麦克唐纳号”(John A.Macdonald)。在那个年代,人们常常在加拿大北极区域和海冰较量。阿蒙森(Amundsen)曾于 1903 年至 1906 年,用了三年时间通过西北航道,第二艘通过这条航道的加拿大皇家骑警(Royal Canadian Mounted Police)纵帆船“圣洛奇号”则用了从 1942 年到 1944 年的两年时间。

1970 年 8 月,加拿大科考船“赫德森号”缓缓驶离多年冰遍布的阿拉斯加北海岸。(从科考船的直升机上俯瞰)
2014 年波弗特海南部一处典型的融化海冰,摄于搭乘美国海岸警卫队破冰船“希利号”的一次考察途中。

现在,从夏季的白令海峡(Bering Strait)进入北极的船只面对的则是整个大洋的开阔水域。这片蔚蓝的水域一直向北延伸至北极附近。在本书出版之际,有可能——根据许多预测——北极点本身都会在迄今为止的 10 万年里首次一览无余。如今,西北航道已很容易通行,到 2015 年年底共计有 238 艘船通过该航道。与20世纪70年代的 800 万平方公里相比, 2012 年 9 月的北冰洋仅覆盖有 340 万平方公里的海冰。就整个星球的变化而言,全部归结于海冰覆盖面积的变化可能夸张了。但我们的星球已经改了妆颜。我们都记得“阿波罗 8 号”上的宇航员为行星地球拍摄的第一张从月球背后升起的美丽照片,宇宙中这颗孤独而美妙的蓝色星球囊括了我们对生命所知的一切。照片上这个球体的两端为白色。如今,从太空往下看,夏天的地球北极看起来则为蓝色,而非白色。这一片我们一手造成的海洋曾覆有冰盖。重塑地球表面是人类的首要成就,这当然也是一个意想不到的成就,随之而来的则可能是灾难性后果。

情况实际上比表面看起来更糟。我的声纳测量结果显示, 1976 年至 1999 年间,北极冰面平均厚度缩减了 43% 。这也说明了一些别的情况。过去,北极大部分冰体都会存在数年之久,它们又称多年冰(multi-year ice)。这些多年冰形成了崎岖而壮丽的地形,巨大的冰脊阻挡了探险者的道路,并一直延伸至海面以下 50 米左右(文中插图1.1)。

图1.1:多年冰中的压力脊,由潜艇中向上扫描的声呐系统所记录。最大深度为 30 米。
彩色插图4.冬季积雪覆盖下的平缓单年冰的典型景观。冰体厚度在 1 ~ 1.5 米。图中右侧为重新冻结的裂缝,海水从该处生长成类似其余部分外观和厚度的样子。北极常能见到这种景观。

过去 10 年间,不断变化的洋流系统已迫使多数海冰漂流出北极,单年冰(first-year ice,彩色插图4)则代替了多年冰,这种海冰形成于一个冬季之内,最大厚度仅为 1.5 米,且仅有少数较浅的冰脊穿破了平坦的冰面。这种在单个冬季形成的较薄海冰会在单个夏季里由于更加温暖的空气和海洋温度而完全消融。不久之后,北极各地海冰在夏季的融化速度将超过其在冬天的形成速度,如此,现存所有的夏季冰盖都将消融。我们将迈入美国气候学家马克·塞勒泽(Mark Serreze)所谓的“北极死亡螺旋”(Arctic death spiral)时代。正如我在第七章所解释的,在不久的将来,北极的九月将再无冰体,而这之后,北极无冰的季节将延长至 4 到 5 个月。

北极夏季海冰消融的后果将会十分严重。其引发的巨大影响有二。首先,一旦夏季海冰从开阔水域退缩,反射率(albedo)——直接反射回太空的太阳辐射比率——将从 0.6 降至 0.1 ,这将进一步加速北极和整个地球的变暖进程。之前 400 万平方公里冰面的消失给地球造成的变暖效应相当于过去 25 年人类排放二氧化碳造成的影响。其次,冰盖的消失也会让北极上空重要的大气调节系统荡然无存。只要部分冰块在夏季也能存在,无论多薄,海面水温也无法升至 0℃ 以上,因为任何较暖的水体都会在融化其上覆冰层时丢失热量。上覆冰层消失后,表层海水的温度会在夏天上升数摄氏度(卫星观测显示为 7℃ ),而浅层大陆架上海风引起的海水混合现象又将这种热量传递至海底。这一过程进而又会令近海海底表层的永久冻土解冻,它们是自上个冰河时期以来便冻结在海底未受干扰的海底沉积物。近海永久冻土的解冻又将引发大量甲烷气体从沉积物中分解的甲烷水合物中释放出来。每个甲烷分子造成的温室效应比二氧化碳高出 23 倍。前往东西伯利亚海(East Siberian Sea)的俄-美年度考察队已观察到从海底涌出的甲烷气体,其他考察队则在拉普捷夫海(Laptev)和卡拉海(Kara)等海域观测到了这一现象。如果这种释放过程导致大气中甲烷含量上升,它将直接进一步推动全球变暖进程。我写作此书是为了解释这些戏剧性变化,并说明北极冰川的减少,如何以及为什么对我们所有人都构成了威胁,而并非仅仅是世界遥远角落里正在发生的离奇变化。

自 21 岁起,我便将自己的整个科学生涯投身于海冰和极地海洋的科学事业。当我准备向这神奇的景观致以私人的告别时,冰川的改变于我又意味着什么呢?我不可遏制地感到,它对地球而言意味着智识上的贫瘠,对人类而言则是一场实实在在的灾难。我们自己的贪婪和愚蠢正在夺走北冰洋海冰的美丽世界,它曾保护我们免受极端气候的影响。如果我们试图保护自己免受其灾难性后果,那么是时候采取紧急措施了。


题图为 2003 年冬季,北冰洋斯瓦尔巴北部叶尔马克高原的一处考察营地。题图和文内图均来自本书。

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