湯家禮

環(huán)南極救世渦旋

湯家禮

南大洋是世界上第五個被確定的大洋，也是唯一一個完全環(huán)繞地球、沒有被大陸分割的大洋。南大洋圍繞著南極大陸，從地理上看屬于太平洋、大西洋和印度洋南部的海域，以前一直被看作是太平洋、大西洋和印度洋向南極大陸的延伸，后因在那里發(fā)現(xiàn)了重要的不同洋流，國際水文地理組織才于2000年將其確定為一個獨立的大洋。但由于南大洋不存在一個獨立的大洋中脊，因此將它劃作一個大洋是否恰當(dāng)仍存在爭議。又因其所處的特殊地理位置及其在極地和全球氣候變化中所扮演的重要角色，使得南大洋成為研究海氣相互作用和全球氣候變化的一個重要地理單元。

科學(xué)家們一直致力于研究南大洋捕獲大氣中的二氧化碳的功勞，在十多年的研究過程中，不斷有驚人的發(fā)現(xiàn)公諸于眾。幾年前，研究人員首次利用超級計算機(jī)模型重現(xiàn)了南大洋吸收大氣中溫室氣體的過程。他們發(fā)現(xiàn)，這些被吸收的溫室氣體被輸送到了南大洋的深海。這一發(fā)現(xiàn)，可以幫助氣候?qū)W家們更好地理解地球碳循環(huán)中的這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不過，這個過程中卻存在著一個謎團(tuán)。據(jù)估算，南大洋僅僅保留了其所吸收的二氧化碳總量的9%，那么，還有超過90%的其他溫室氣體究竟哪兒去了呢？

最新的研究表明，地球上有大約四分之一的二氧化碳被儲存于海洋中，而其中又有40%被“深埋”于環(huán)繞南極大陸的南大洋。研究人員稱他們已經(jīng)揭開了導(dǎo)致全球變暖的碳元素是怎樣被鎖定在南大洋深部的奧秘。不過，在新發(fā)現(xiàn)的同時，他們也提出了警告：南大洋鎖定碳元素這一過程的本身，也正受到氣候變化的威脅。

這項研究由英國和澳大利亞的科學(xué)家共同完成。他們借助小型的深海機(jī)器人探頭，采集了10年的數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除了南大洋上空的強(qiáng)風(fēng)之外，渦流——這種平均直徑能夠達(dá)到100千米的巨型海水漩渦現(xiàn)象，也在將碳“埋入”大洋的過程中扮演了重要角色。他們認(rèn)為，強(qiáng)風(fēng)、渦流和南大洋洋流一起“用力”，形成了幫助碳沉到大洋深處的通道。

在大約1000米的深度，海洋可以將碳元素“鎖住”長達(dá)數(shù)百至數(shù)千年。以前，科學(xué)家們一直都不清楚當(dāng)碳元素溶解在表層海水中之后，又是怎樣被運(yùn)移到此深度的。他們曾經(jīng)懷疑強(qiáng)風(fēng)是造成這一結(jié)果的主導(dǎo)因素。在某些海域，強(qiáng)風(fēng)掀起巨浪，推動著表層海水，并將它們“推入”海洋深處。事實上，研究人員發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)風(fēng)只是各種作用力之一。研究小組從20世紀(jì)90年代開始，調(diào)用從裝載在科考船上的測量儀器所獲取的溫度、鹽度和壓力數(shù)據(jù)來對此進(jìn)行研究。研究的焦點主要集中在南緯35度附近的部分南大洋海域。

最終他們得出結(jié)論，南大洋上的強(qiáng)風(fēng)、渦流和巨大洋流共同作用，形成了一種寬達(dá)1000千米的通道，正是通過此通道，碳元素才得以以一種極其高效的方式，既“安全”又迅速地從海洋的表面“潛入”海洋深處。研究人員一共發(fā)現(xiàn)了5條此類通道，他們還發(fā)現(xiàn)，渦旋在運(yùn)移碳元素的同時，還抵消掉了強(qiáng)風(fēng)所造成的一種負(fù)面效果——由于海水被風(fēng)強(qiáng)力擾動，儲藏其中的碳會被釋放出來，而渦旋會重新將它們“拉回”海水中。在意識到渦旋具有如此重要的價值之后，研究人員計劃在未來的氣候研究模型當(dāng)中，加入“渦旋”這個重要因素。

雖然，能夠發(fā)現(xiàn)渦旋在碳元素運(yùn)移通道中的重大作用對于科學(xué)研究來說算得上是個好消息，但同時科學(xué)家們也擔(dān)心，現(xiàn)在愈演愈烈的氣候變化會給這些渦旋帶來不可預(yù)期的影響。氣候變化的因素，有可能會導(dǎo)致渦旋的停止，或者是使其加劇，但不管朝哪個方向變化，都有可能終結(jié)目前已經(jīng)正常、高效運(yùn)行的碳運(yùn)移通道的作用。這將是海洋及氣候面臨的一個大災(zāi)難。

目前，研究小組還不清楚他們所發(fā)現(xiàn)的碳元素運(yùn)移通道是否也存在于其他的大洋中，但是，有一點是可以確信的，南大洋作為地球上“能量最旺盛”的地方，渦旋在那里所起到的作用一定比任何其他地方都強(qiáng)。