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最重要的洋流可能在30年内崩溃:曾让地球在十年间降温10℃,我们会迎来冰河世纪吗?

添加时间:2023-09-01 作者:撰文 二七 审校 clefable 来源:环球科学 点击:589 收藏 打印 字体:
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图片来源:Unsplash

如果你与一个气候学家聊起“临界点”,那么多半会听到这样一个词:AMOC。AMOC的全称是“大西洋经向翻转环流”(Atlantic Meridional Overturning Circulation),这是一条巨大的洋流系统,它携带热带温暖的海水向北前往北大西洋,又将北大西洋底层的冷水运向赤道。

可以说AMOC直接影响着从赤道到北大西洋的热量分配,从而维持着全球气候系统的平衡。在9个可以影响全球的气候临界点中,AMOC的崩溃就是其中之一。

关于气候临界点,2018年的诺贝尔经济学奖得主威廉·诺德豪斯曾有一个形象的比喻:当一叶漂浮在水面上的小船刚刚开始倾斜、进水的时候,还能维持平衡;但当倾角达到一定程度时,小船就会倾覆——造成小船倾覆的这个倾角就是气候上的“临界点”。一旦跨越,就会导致不可逆转的后果

同样,作为堪称最重要的洋流系统之一的AMOC,这条环流也承载了人类关于气候变化最极端的想象。跨越这一临界点的可能后果甚至曾被具象地展示在我们眼前:在2004年上映的电影《后天》中,正是由于AMOC崩溃,北美一夜之间变成了一片冰天雪地,地球再次进入了冰河世纪。

可以松一口气的是,现实中的情况多半不会像电影中那样极端——至少这样的变化不会在一夜之间发生。何况直到不久之前,我们对AMOC的稳定性还相对乐观:在政府间气候变化专门委员会(IPCC)2021年发布的最新评估报告中,有“中等”信心认为在本世纪AMOC不会崩溃。

然而,最近发表于《自然·通讯》(Nature Communications)的一项研究给出了极为震撼的新预测:本世纪AMOC有95%的可能性会崩溃,最快甚至可能就发生在2年后

气候纽带

这样紧迫的现实,可能就是两位作者在论文标题中加入了“警告”(warning)一词的原因。

地球上的海洋看似被分隔成了几片,但其实有一条巨大的传送带连通了几乎所有大洋,这条传送带被称为温盐环流,是调控全球气候的关键纽带,而AMOC正是这条纽带的关键部分。

全球温盐环流示意图,图中红色代表较温暖的浅层海水,蓝色代表较冷的深层海水。红色方框中即为AMOC(图片来源:Robert Simmon, NASA)

从赤道出发,AMOC携带着赤道地区温暖的浅层海水向北前往北大西洋,在这里,浅层温暖的海水会被冷却。随着海水变冷、密度增加,这部分海水将会沉入底部,并从深层向南返程流动,如此完成了一场跨越半球的热量交换。

然而问题在于,海水的密度除了受到温度影响,还会受盐度影响(这也是温盐环流这一名称的来源——温度和盐度驱动的海水环流)。随着格陵兰岛的冰盖和冰川不断融化,更多淡水进入北大西洋表层海水,就会使这里的海水密度变低,更难下沉——这也正是我们正在面临的问题。

2018年,两项发表于《自然》(Nature)的研究,分别利用岩芯中的沉积物颗粒和温度标志物评估了AMOC的强度变化。结果显示,AMOC正在随着全球变暖进一步减弱,目前正处于1600年来的最弱水平。显然,人为导致的气候变化正在削弱AMOC这一重要的气候纽带。

小舟将倾

然而削弱与真正的崩溃存在着巨大区别,这关系着是否跨过那个“令小船倾覆”的临界点。

在地球历史上,最近一次的AMOC崩溃事件发生在上个冰期。受AMOC的崩溃和恢复影响,以大约数千年为周期,发生了25次剧烈又快速的气候波动,这被称为Dansgaard-Oeschger 事件(D-O事件)。在一些事件中,北半球的平均气温在十年间变化了10℃~15℃。而作为对比,我们目前经历的气候变化“仅仅”是在一个世纪内变暖了1.5℃。

更多的研究试图预测AMOC崩溃会对如今地球气候造成的影响。这个过程可能会在十几年,甚至几十年间发生,结果将是整个北半球(陆地和海洋)的地表温度大大降低,热量将集中在南大洋和南大西洋,已经在面临高温考验的热带地区,很可能将会加速升温。

同时受到影响的还有主要降雨区,这会导致欧洲、北美和中美洲、北非和中非以及亚洲的降雨量大大减少,而亚马孙、澳大利亚和非洲南部的降雨量则更多。这样堪称颠覆的气候变化将会改变全球粮食和水的供应能力,基础设施也将需要大量投资来适应和应对这些变化。

99.9%的重大风险与1%的可能性

如此看来,新研究带来的消息的确称得上“警告”。研究者利用过去150年北大西洋海水温度数据,找到了他们认为最合理的预警信号:就是北大西洋的表层海水温度——研究者在论文中称其为证明AMOC强度的“指纹”。统计发现,最近北大西洋的海面温度已经出现了明显的异常,这种预警信号的变化幅度已经显著超出了自然变化的范围

这样的异常可能预示着最终崩溃的发生:气候模式的重建结果显示,如果仍按照目前温室气体排放量的增长速度,AMOC将在 2025-2095年间崩溃,“其确定性高达 95%”。这很可能在 34 年后,即 2057 年发生,为整个人类社会带来重大挑战。

然而,作为一个极为复杂的系统,模拟北大西洋的动态非常困难。而这项新的研究又几乎推翻了此前人们的共识,这使得许多研究者对这一结果产生了一些质疑。

北大西洋海水系统非常复杂,至少存在三个可能的深层海水形成区域(图片来源:Eric S. Taylor/Woods Hole Oceanographic Institution)

“这项研究强调,AMOC正显示出不稳定的迹象,可能表明会发生崩溃,”埃克塞特大学全球系统研究所皇家学会研究教授Andrew Watson(未参与这项研究)评论道,“我不太相信这会是一场灾难性的崩溃……北大西洋是一个复杂的系统,至少有三个可能的深水形成区域。而他们在图中显示的模型是‘中等复杂性’,并且总体上不如IPCC使用的CMIP模型可靠。”

同样,数据的缺乏也在影响我们对这个问题的理解。美国海洋学中心海洋物理和海洋环流主任、首席研究员Penny Holliday(未参与这项研究)也认为,论文中的判断存在一些问题。“研究者使用北大西洋副极地环流的海面温度,来代表AMOC的强度,然而这一有效性仍在受到持续的争论——因为它只是基于模式结果,并没有得到真实世界数据的证明。”尤其考虑到AMOC本身受其他气候因素的自然波动,可能需要数十年的观测结果,才能更准确地预测AMOC的动态,然而“自2004年才开始针对AMOC的连续观测。”

尽管如此,这并不代表我们可以忽略AMOC所面临的严峻局面。正如德国波茨坦大学的Stefan Rahmstorf教授所说:“AMOC的临界点在哪里仍然存在很大的不确定性,但这项新研究进一步证明,它比我们想象的更接近。一项研究提供的证据有限,但如果未来的更多数据给出了相似的结论,我们就必须非常认真地对待这一可能性。尤其是当我们谈论我们真正想要以 99.9% 的确定性排除的风险时。而现在我们甚至不能排除在未来一两年内跨越临界点的可能性。”

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