歐洲為什麼會這麼溫暖?

北大西洋暖流

作者:小哲

校稿:朝乾 / 編輯:養樂多

一夜之間,繁華都市成為冰封的世界,徹骨的嚴寒和秩序的崩潰令人深感絕望,2004年上映的災難電影《後天》講述了這樣的故事:隨著全球變暖的加劇,極地冰川的崩解與融化的海水切斷了北大西洋暖流,冰期驟然降臨在美國與歐洲。

著名的紐約自由冰激凌像《後天》▼

著名的紐約自由冰激凌像後天

雖然電影中不可避免存在一些誇張和虛構,但這絕非無稽之談。許多人也許會困惑,全球變暖下,氣候為何會突然墮入嚴寒?事實上,這與電影中的北大西洋暖流密切相關。而現實中隨著全球變暖的加劇,世界上尤其是歐洲的氣候學家都在警惕地關注著這條洋流。

這是一個改變歐洲和世界的洋流▼

這是一個改變歐洲和世界的洋流

歐洲「暖氣片」

大西洋南北跨度極大,其熱帶部分由於日照時間長、太陽高度角較高,從而接受了更多的太陽輻射而愈加溫暖。在低緯度東風的吹拂下,南赤道洋流西至南美大陸聖洛克岬,受阻分流,其北支的蓋亞那暖流沿著南美大陸經加勒比海注入墨西哥灣

墨西哥灣內溫暖的海水在信風吹拂下,從狹窄的佛羅里達海峽匯聚流出,變為高溫高速的佛羅里達暖流,與北赤道暖流北支——安的列斯暖流匯合成強勁的灣流,由於灣流由南北赤道洋流所合併而成,所以其溫度特別高。

南赤道洋流——蓋亞那暖流——佛羅里達暖流

——北大西洋暖流

穿越南北半球的遼闊征程▼

穿越南北半球的遼闊征程

灣流沿著美國東岸向北流,在北緯45°和西經45°分別發生分流,其所有的分支都統稱為北大西洋暖流。這股暖流長達1萬公里,速度可達2m/s。早在1513年,西班牙探險家龐塞·德萊昂就已經注意到了,這股強大的水流顯著加快了其從墨西哥到西班牙的航行速度。

非常強勁,十分壯觀▼

非常強勁,十分壯觀

暖流一部分轉向南,經伊比利亞半島沿岸,稱為葡萄牙洋流,並且繼續向南沿北非西岸流動形成加那利寒流,最後匯入北赤道洋流。

而大部分暖流在中緯度強勁的西風吹拂下沿著與洋流近乎平行的歐洲海岸,經冰島、英國之間,長驅直入挪威沿岸等高緯度地區,這一支也被稱為挪威洋流。

如果沒有北大西洋暖流

歐洲高緯度地區將比現在要冷得多▼

歐洲高緯度地區將比現在要冷得多

隨著北大西洋暖流向著寒冷的高緯度地區前進,熱量不斷釋放,海水不斷蒸發,再加上海水結冰,導致鹽分留在水中,從而使得表層洋流的水溫下降、鹽度增加、密度變大。這部分海水下沉,並沿著大西洋底部向南進入南大洋,匯合更多的高鹽度低溫海水後,流入印度洋與太平洋

在低緯度加熱作用下,海水升溫,密度減小,從而逐漸上翻,之後隨著表層洋流回到大西洋,就這樣完成了一個完整的閉合的溫鹽環流過程,稱為大西洋經向翻轉環流

整個星球的海洋是連為一體的

你很難想象他們每時每刻

都在星球上以怎樣複雜的方式流動著(橫屏)▼

都在星球上以怎樣複雜的方式流動著(橫屏)

表層風漂流以及海水溫鹽環流共同構成的三維環流模式,驅動著北大西洋暖流源源不斷地將熱量從低緯度向高緯度地區輸送,每秒預計向歐洲輸送高達1億m³的溫暖海水,其產生同等的熱量需要近百萬座核電站。

這股強勁的能量輸送其實是歐洲很多國家的生命線

即使在緯度相當高、相當寒冷的冰島

暖流也讓其南部有了一塊相對宜居的區域▼

暖流也讓其南部有了一塊相對宜居的區域

因此北大西洋暖流成為了源源不斷輸送熱量的「暖氣片」,再加之歐洲沒有巨大南北向山脈阻擋,海洋氣流能夠長驅直入,使得整個歐洲西北部為溫暖溼潤的溫帶海洋性氣候控制,1月平均氣溫比同緯度的亞洲東岸和北美東岸氣溫要高出15-20℃。

如果將地球海洋表層的暖流區域粗糙加以區分

會發現歐洲享受著多麼巨大的熱能福利

歐洲的緯度相比中國、美國都更高

而其主要城市相比同緯度的亞洲要溫暖得多(橫屏)▼

而其主要城市相比同緯度的亞洲要溫暖得多(橫屏)

如英國倫敦和我國的漠河基本處於同一緯度,但是其冬季平均溫度為4-9℃,顯著高於漠河-20℃的冬季平均溫度。如果沒有北大西洋暖流,歐洲溫度將會降低至少5-10℃,這裡將會擁有漫長的冬天和冰雪覆蓋的景觀,而絕非現在鬱鬱蔥蔥的綠色田野。

從地跨歐亞的俄羅斯可以更直觀看出這一點

如果沒有這股暖流

永久凍土的範圍就會包含東歐和北歐(橫屏)▼

永久凍土的範圍就會包含東歐和北歐(橫屏)

溫暖的北大西洋暖流攜帶著豐沛的水汽,使得歐洲西北部全年降水穩定,雲量大,溼度高,多霧雨天氣,如久負盛名的「霧都」倫敦。由於海洋性氣候冬暖夏涼,降水量季節分配均勻,陰雨天氣造成日照較少,不利於穀物類的成熟,但適於多汁牧草生長。這也造就了西歐地區發達的畜牧業經濟。

蘇格蘭可以牧羊牧牛

同緯度的西伯利亞只能牧馴鹿(壹圖網)▼

同緯度的西伯利亞只能牧馴鹿(壹圖網)

強勁的北大西洋暖流甚至可以一直穿越北極圈以北的巴倫支海,使得俄羅斯北冰洋沿岸的摩爾曼斯克港口雖地處北緯69°,但是終年不凍。

冬季的摩爾曼斯克,依舊可以行船

(圖:shutterstock)▼

(圖:shutterstock)

氣候變化「催化劑」

仙女木(Dryas Octopetala)是一種生長在高緯度北極地區的八瓣花植物,這種野花也出現在較低緯度的英格蘭與北歐的沉積物中,並對應著溫度下降的資訊,科學家將這類氣候變冷事件稱之為仙女木事件

若是在寒帶地區以南的低緯度地區發現了仙女木花粉

也就意味著當時氣候異常寒冷,導致冰川南侵

(數數是不是八瓣 圖:壹圖網)▼

(數數是不是八瓣  圖:壹圖網)

而距今最近的新仙女木事件(此前還有老仙女木事件),大致發生於1.29-1.15萬年前,這一時期北美格陵蘭地區氣溫驟降20℃左右,英國南部地區的溫度也降低了8℃以上。

這一時期內,猛獁象、巨型短面熊、劍齒虎等大型哺乳動物突然滅絕,北美克洛維斯人也突然消失 (Clovis,其文化屬於史前古印第安人文化) 。

很多滅絕的哺乳動物都是克洛維斯人的食物

反常規的寒冷對獵人和獵物來說,都是巨大的災難

(跨越萬年的注視 圖:壹圖網)▼

(跨越萬年的注視  圖:壹圖網)

最初人們以為新仙女木事件只發生在北美及歐洲地區,但隨著研究的深入,世界上的其他地方也發現了溫度降低的證據,表明這是一段全球範圍的變冷事件

但令人奇怪的是,這次變冷事件其實發生於末次冰期結束後。當時,全球氣溫已經開始逐漸回升,冰川逐漸消融。然而,仙女木事件卻突然降臨,在不到100年左右的時間裡,氣溫下降了將近3℃,甚至許多地區的冰川重新發育,天氣狀況甚至與冰期的極值一樣寒冷,這樣的嚴寒持續了大約1300年。

關於此次仙女木事件的假說有很多種

對當時全球的寒帶、亞寒帶生物可謂一次重大打擊

(本圖只是原理示意,不解釋具體的溫度變化)

大規模降溫的原因眾說紛紜,最有可能的一種,就是北大西洋暖流

從2.65-1.9萬年前末次冰期最盛期(Last Glacial Maximum,LGM),北美大陸發育出巨大的冰蓋——勞倫泰德冰蓋,北歐地區同樣也覆蓋著大量的冰蓋,這些冰蓋環繞在北大西洋周邊。

勞倫泰德冰蓋是北美地區更新世的主要特徵

對現在美加的很多地表形成起了很大作用

(圖:LLOYD K. TOWNSEND, JR.)▼

(圖:LLOYD K. TOWNSEND, JR.)

隨著全球溫度的升高,這些冰蓋的融化使得大量淡水直接注入北大西洋,阻礙了原本在高緯度地區應當下沉生成的深層水,干擾了溫鹽環流的正常循環,向北傳輸熱量的北大西洋暖流崩潰,氣溫驟然下降。

直到環流機制的重新建立,氣溫才再次迅速回升,隨著仙女木事件都結束,地球才進入了穩定溫暖的全新世,人類才進入了農業時代

事實上,冰川與北大西洋暖流的相愛相殺,在歷史上不止一次出現。

科學家發現,在末次冰期深海沉積岩芯中,有6個含有較多粗顆粒冰漂岩屑、有孔蟲化石減少的沉積層。

這表明在6.9-1.43萬年前的冰期,隨著北美大陸上的勞倫泰德冰蓋的擴張發展,有6次大規模的冰架延伸至大陸邊緣斷裂的情況發生,大量浮冰進入北大西洋,引起海水溫度急劇降低,被稱為海因里希事件

低溫導致冰蓋擴張,海陸相接處新的薄冰層又十分脆弱

以至於會斷裂形成浮冰,穿越北大西洋,導致海溫驟降

(僅供示意)▼

(僅供示意)

距今約9000年前,隨著全新世變暖的加深,勞倫泰德冰蓋大量融化,現在已經不存在的阿加西湖(the Glacial Lake Agassiz)在加拿大中部由融水形成。8200年前,其北部的冰蓋崩解,使得阿加西湖決口,大量淡水注入哈得孫灣,又一次引起歐洲和北美地區的劇烈降溫。

誰能想到加拿大一個大湖決口

都能引發歐洲和北美大降溫呢▼

都能引發歐洲和北美大降溫呢

回顧地質歷史,我們可以發現,不論是寒冷的冰期還是溫暖的間冰期,甚至是兩者的過渡期,冰川的變化都會通過影響北大西洋暖流,顯著影響著歐洲、北美乃至全球的氣候變化。

現代全球變暖與北大西洋暖流

如今,隨著溫室氣體的增加,全球顯著增暖,格陵蘭島冰川的加速融化,引發淡水湧入海洋,將使得溫鹽環流受到削弱,北大西洋暖流處於更加不穩定的狀態,類似於新仙女木冷事件可能會再次重演。

如今的九月和二十年前的九月相比

北冰洋的冰層已經小了很多▼

北冰洋的冰層已經小了很多

最近的研究表明,自1950年以來,北大西洋暖流的流速至少減慢了15%,其減弱程度是「過去1千年中前所未有的」。預計到本世紀末,如果全球變暖持續加劇,全球海洋環流可能會減緩34%至45%。

所以以後是冰更多了呢,還是更少了呢

北極熊線上提問,想知道,挺急的(shutterstock)▼

北極熊線上提問,想知道,挺急的(shutterstock)

氣候學家們擔心,這將危險地接近氣候突變臨界點。一旦到達臨界點,氣候系統將迅速發生變化,時間尺度甚至可以短至幾十年。這也就意味著,我們這一生中,就有可能會目睹到災難的發生。

美國國家海洋和大氣管理局發佈的報告指出,北大西洋暖流減緩引起海水的堆積,進一步加劇海平面上升。並將影響颶風活動的大氣環流條件變化,促使熱帶降雨帶向南移動。這些變化,將深刻影響農牧業活動,引起海洋生態系統的破壞。

災難不僅在於地球整體變暖或變冷

而是整體引發的各個局部地區的氣候不穩定

即使是局部,對於人類來說也是超大尺度的不可抗力

(圖:NASA)▼

(圖:NASA)

與美國相比,處於更高緯度和北大西洋暖流下游的歐洲國家顯然更為警惕,北大西洋暖流的崩潰,意味著歐洲現有的氣候格局將會發生劇變,進而可能對其社會產生更加深遠的影響。

2021年2月中旬,雅典迎來多年罕見的大雪-冰雪封衛城

(橫屏看圖 圖:shutterstock)▼

(橫屏看圖  圖:shutterstock)

與洋流系統相比,氣候系統顯然要更加複雜。北大西洋上存在著兩個半永久性的大氣活動中心,分別為冰島低壓亞速爾高壓。當冰島低壓加深時,亞速爾高壓加強;相反,當冰島低壓填塞時,亞速爾高壓則減弱。這一類似於蹺蹺板的現象稱為北大西洋濤動(North Atlantic oscillation ,NAO)。

冰島低壓與亞速爾高壓▼

冰島低壓與亞速爾高壓

北大西洋濤動強時,兩個活動中心之間的氣壓差大,北大西洋中緯度的西風強,美國東部和整個北歐的溫度和降水高於平均水平,格陵蘭島、南歐的溫度和降水低於平均水平。當北大西洋濤動弱時,則觀測到相反的溫度和降水模式。

北大西洋濤動較強時的狀態▼

北大西洋濤動較強時的狀態

北大西洋濤動較弱時的狀態

(歐洲南部高溫少雨)▼

(歐洲南部高溫少雨)

一旦溫鹽環流減弱, 將會減少向北的熱量輸送, 北大西洋海溫將會降低。而大氣的響應結果,使北大西洋濤動減弱,勢必會對歐洲的降水和溫度格局產生影響。特別是北大西洋濤動減弱,很有可能與近年來歐洲夏季飽受熱浪侵襲困擾,存在一定的關聯。

連北極都在不停刷新高溫記錄,歐洲人能不熱嘛▼

連北極都在不停刷新高溫記錄,歐洲人能不熱嘛

北大西洋暖流和北大西洋濤動的相互作用,將會改變歐洲、美國乃至全球的大氣狀況。這意味著極端天氣或許將更加頻繁,對未來的預測以及政策的制定也將更加困難。

由此可見,海洋、大氣、冰川通過各種機制耦合在一起,牽一髮而動全身。雖然在全球變暖的形勢下,北大西洋暖流的變化對於歐洲、北美的影響更為直接,但氣候作為複雜系統將使得全球都面臨更多的不確定性。

等下次,我們找機會講講南極環流▼

等下次,我們找機會講講南極環流

太多因素的影響也導致我們很難確定氣候將在何時何地變暖或者變冷。未來的氣候,將需要花費更多精力去研究和探索。

人類的百萬年歷史,在地球46億年中也不過是一瞬間。地球已然經歷過各種各樣的氣候狀況,人類還沒有出現時,地球以及生物已然存在,而且還將繼續演化發展。

所以,地球其實並不需要我們的保護。人類採取行動遏制全球變暖,其實是保護我們人類自身。

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參考文獻

參考文獻:

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3.秦大河主編 《冰凍圈科學概論》 第7章:不同尺度的冰凍圈演化

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,陳學恩,宋軍,李歡,李琰,姜曉軼,李海,陳幸榮.大西洋熱鹽環流年代際變化機制研究 Ⅲ.北大西洋海氣要素對熱鹽環流年代際振盪的影響[J].海洋學報(中文版),2011,33(04):19-28.