在过去的800000年(从晚更新世到接下来的全新世),地球的气候经历了许多次“冷-暖-冷-暖”的变化。变化背后的原因可以归结为:(1)由地球轨道参数决定的太阳辐射输入的变化(2)大气中CO2 浓度反复的增减。初看起来,气候与太阳辐射以及 CO2 浓度间的耦合很紧。但最近,分别来自法、英两国的地球科学家Bard 和 Rickaby,在Nature周刊上撰文,对气候变化与CO2浓度的相关性提出了质疑。研究者以取自西南印度洋的海底沉积物芯为样本,分析了古气候的记录。结果表明:将温暖的亚热带海域与寒冷的南极副极地海域分开的海洋锋,可能影响了全球尺度的温度调节。Bard 和 Rickaby使用一组沉积物芯记录,监测亚热带锋的纬度迁移,以及在过去的800000年中气候在冰期和暖期之间的循环。
来自印度洋的温暖且具有高盐度的海水,从非洲南端的通道泄入南大西洋,成为全球海洋温盐环流的一部分,并且补偿了从大西洋至世界其他海域的深水输出。暖咸海水进入南大西洋,纵贯南北的密度梯度,为整个大西洋的经圈翻转环流(特别是墨西哥湾流)提供动力;从而为北大西洋地区送去了温暖。理论上,西南印度洋亚热带锋的纬度位置决定了“暖咸海水自印度洋进入南大西洋通道的宽度”。
海洋锋是某种边界,在它的两侧海水的密度不同。它对海洋环流的影响,地球科学家很早就有所认识。例如,在晚更新世,北大西洋极锋对大西洋经圈翻转环流的调控,最终影响了整个北半球的气候。其中的主要机制在于:在经圈翻转环流的北端“深水形成”的区域,海水密度的增减,受制于极锋的运动。具体说,当北欧处于两个冰期之间的暖期,相应有极锋北移,经圈环流中来自亚热带的暖海水将可以向北走得更远,进入副极地纬度;于是有更多的蒸发,以至于海水的盐度与密度均增加;结果,促进了“深水形成”和经圈环流。反之,如果极锋南移,来自墨西哥湾的暖海水,将较少蒸发;于是海水密度增加不大,不利于下沉运动(即不利于“深水形成”);结果,经圈环流失去了活力,向北欧送去温暖的输送带几乎停运,使该地区处于寒冷的冰期。以上讨论,主要是针对高纬度地区。Bard 和 Rickaby研究的创新点在于:将海洋锋的考虑推广到南半球的亚热带海域。
在南非的东海域,研究者从过去800000年的海底沉积物芯中,选取两段(被称为超冰期)作为监测对象。这两段超冰期的气候要比一般冰期冷得多,但其间的大气CO2 浓度却与前面或后面的一般冰期没有什么差别。Bard 和 Rickaby提出,超冰期极为寒冷的气候的形成,是源于印度洋中亚热带锋的北移。在过去的800000年间,这两次北移高达7纬度,创造了亚热带锋漂移幅度之最。显然,亚热带锋在此位置曾经部分阻止了从印度洋进入南大西洋的Agulhas洋流。这样一来,大西洋的经圈翻转环流被迫进入到一种几乎停顿的模式,北欧地区因缺少洋流的热输送而步入超冰期,北半球冰原覆盖的扩展超出了常规的极限。
由此,人们产生了一个相反的联想:自从1980年代以来,大气科学的监测表明:西南印度洋的气压梯度和风场模式之改变,已经使Agulhas洋流稳步增强,这个增强或许已经促进了从印度洋到南大西洋的水输送。我们面临的问题是:(1)这个增强,是否最终有助于大西洋经圈翻转环流的整体运转,进而对欧洲乃至全球变暖有所贡献?(2)CO2 浓度是导致全球变暖的决定性因素吗?
( 戴闻 编译自 Nature 460 (2009): 335 和380 )
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