海洋：氣候變化的“引擎”

譚　天

自20世紀(jì)后半葉，全球氣候變化就受到人們的關(guān)注，特別是90年代后，全球氣候變化開始影響到千千萬(wàn)萬(wàn)人的生活，于是，關(guān)注全球氣候環(huán)境變化的呼聲越來越高，以至于呼吁開展國(guó)際合作，共同應(yīng)對(duì)全球氣候變化。全球環(huán)境為什么會(huì)發(fā)生變化?全球環(huán)境變化受哪些因素影響?全球環(huán)境變化有沒有規(guī)律性的東西可循?我們應(yīng)當(dāng)采取哪些對(duì)策?這諸多問題是我們必須認(rèn)真加以探討的。

地球外圈：大氣圈，水圈，巖石圈、生命圈

在人們關(guān)注地球環(huán)境，關(guān)注全球氣候變化的時(shí)候，不妨先了解一下我們居住地球外圈的結(jié)構(gòu)，從而更容易理解地球環(huán)境的變化。科學(xué)家研究證明，人類居住的地球外圈由四部分組成，即大氣圈、水圈、巖石圈、生命圈?？茖W(xué)家相信，在地球的內(nèi)圈，有地幔圈、外核液體圈、固體內(nèi)核圈，在地球外圈和內(nèi)圈之間，還有軟流圈等，所以，地球有8個(gè)圈。不過，地球的內(nèi)圈構(gòu)造只是科學(xué)家們的猜想。

大氣圈，是指包裹在地球表面之外的大氣層?？拷厍虮砻娴臑閷?duì)流層。對(duì)流層的厚度從海平面至上約10.5千米。由于受到太陽(yáng)的照射，對(duì)流層能大量吸收紅外熱能，地球表面緯度不同，受熱不均勻，在地球表面形成高壓帶和低壓帶。同時(shí)，因?yàn)槭軣?，大量吸收地面上的水氣，并使地表溫度升高。由于?duì)流層氣圈內(nèi)含有大量的水氣，受地域、溫度和壓力差異等因素影響，含有大量水氣的混合氣體又隨區(qū)域、高度和季節(jié)變化而變化，形成地球特有的水氣循環(huán)：平流層是在對(duì)流層上至50千米的高度。平流層與對(duì)流層有所不同，這里水氣極少，而臭氧極為豐富，能大量吸收紫外線。目前，人們已經(jīng)對(duì)對(duì)流層和平流層中的一些天然物質(zhì)和人工物質(zhì)的互相作用以及循環(huán)過程有了較詳盡的了解。與此同時(shí)，逐步認(rèn)識(shí)大氣環(huán)流、洋流系統(tǒng)以及了解云、降水的形成，大氣混合過程和太陽(yáng)輻射收支變化的規(guī)律。當(dāng)然，充分認(rèn)識(shí)和了解大氣化學(xué)及其對(duì)氣候的影響作用也是科學(xué)家們最為關(guān)注的課題。

水圈，是指地球表面水的總稱。在水圈里，海洋占據(jù)了它的絕大部分——地球表面的70.78％被海水覆蓋著。海洋作為水圈的重要組成部分，與大氣圈、巖石圈以及生命圈，相互依存，相互作用，在全球環(huán)境與氣候變化中扮演了至關(guān)重要的角色。其主要表現(xiàn)：海洋是水循環(huán)主要推動(dòng)力，它提供了影響地球環(huán)境的絕大部分濕氣，如果沒有水圈，或者說沒有海洋，地球?qū)?huì)和太陽(yáng)系其他星球一樣到處彌漫著二氧化碳，酷熱難耐，一片干涸。地球水循環(huán)的形成，是因?yàn)楹Ｋ诮邮芴?yáng)光的照射后，其照射強(qiáng)度不同，形成氣溫、氣壓的差異，太陽(yáng)的照射激活了水體的表面，從而形成了洋流和海浪，形成了大氣環(huán)流。海洋影響全球氣候的唯一方式是將熱量輸送到不同地區(qū)，可以說，不依靠空氣，海洋也能把熱量從低緯度輸送到高緯度。洋流為地球輸送了熱量、氧氣、營(yíng)養(yǎng)鹽，為動(dòng)植物生命的誕生與繁衍提供了條件。

海氣相互作用：厄爾尼諾、沃克環(huán)流，南方濤動(dòng)

要了解全球氣候變化的基本特點(diǎn)，就要深入了解?！?dú)膺吔缟系奈锢?、化學(xué)變化的過程。在海一氣邊界層面上，大氣賴以維持其循環(huán)的絕大部分的熱能來自于海水，來自水氣的凝結(jié)。也就是說，它是海水受到熱輻射蒸發(fā)形成水氣而發(fā)生的。而這些氣體的濃度，在很大程度上取決于海水的鹽度、溫度、氣壓等條件。

1997～1998年，發(fā)生了強(qiáng)烈的厄爾尼諾現(xiàn)象。這種天氣異常變化至少已經(jīng)有5000年的歷史，大約每隔2～7年發(fā)生一次。南美洲西海岸地區(qū)原屬干旱型氣候，但在圣誕節(jié)到夏季來臨之前，卻一反常規(guī)，雨量激增。異常天氣的出現(xiàn)，導(dǎo)致冷水性魚類銳減，漁民蒙受巨大損失。地處南美洲西海岸的秘魯對(duì)此感受優(yōu)為明顯。科學(xué)家觀測(cè)到，每當(dāng)厄爾尼諾發(fā)生的時(shí)候，秘魯外海水域海水溫度意外升高了。這便是海水溫度對(duì)氣候影響最典型的證據(jù)。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，厄爾尼諾的出現(xiàn)與消失，又是一個(gè)被命名為“沃克環(huán)流”的大氣環(huán)流圈變化的結(jié)果?！拔挚谁h(huán)流”是由英國(guó)氣象學(xué)家吉爾伯特-沃克于1923年首先發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)年，在太平洋西部的印度尼西亞附近出現(xiàn)低氣壓區(qū)，而在太平洋東部靠近南美洲附近地區(qū)，則存在一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的高壓區(qū)。這樣的東高西低氣壓分布，非常有助于信風(fēng)自東向西流動(dòng)，并帶動(dòng)赤道洋流向同一方向流動(dòng)，將大洋表層的溫暖海水，帶向印度尼西亞地區(qū)，使這一海域形成巨大的“暖池”。高溫“暖池”形成，便產(chǎn)生了上升氣流。與此同時(shí)，從東邊吹過來的信風(fēng)，剛好補(bǔ)充該地區(qū)由于產(chǎn)生上升氣流后出現(xiàn)的空間。所以，空氣在低空由東向西流動(dòng)。但是在高空，情況正好相反，氣流是由西往東反向流動(dòng)，至使赤道太平洋東部較冷水域在上空發(fā)生沉降，形成東西向的環(huán)流。沃克的這個(gè)發(fā)現(xiàn)，被人們命名為沃克環(huán)流。

然而，在有些年份，情況也會(huì)發(fā)生變化，出現(xiàn)西高壓，東低壓的異常情況。已經(jīng)盛行的信風(fēng)，由此減緩，甚至?xí)Ｖ?。于是，發(fā)生了自西向東逆向運(yùn)動(dòng)的情況。此時(shí)的赤道洋流，也跟著變化，隨之減弱，或是改變其方向?！芭亍敝械暮Ｋ?，開始向東流動(dòng)，加大了南美洲沿岸暖流的深度，抑制了秘魯寒流的上升，于是表層海水溫度出現(xiàn)升高的情況。結(jié)果是，該海域的魚類和其他海洋生物無法獲得寒流攜帶的營(yíng)養(yǎng)鹽生物群，勢(shì)必造成冷水性魚類的減少。大氣也隨之發(fā)生變化，海面上空向南移動(dòng)的空氣開始變暖，同時(shí)，給南美帶來大量水氣，降雨量增加，南美沿岸地區(qū)暴雨成災(zāi)。當(dāng)?shù)厝说闹苯痈惺苁牵驙柲嶂Z發(fā)生了。

有時(shí)候，在太平洋西部地區(qū)，也會(huì)發(fā)生低壓區(qū)的氣壓會(huì)進(jìn)一步下降，而東部的高壓區(qū)的氣壓再度升高。受其影響是，信風(fēng)和赤道洋流的流動(dòng)速度加快。赤道洋流帶去的暖溫氣體，使得當(dāng)?shù)乇┯瓿蔀?zāi)。結(jié)果是南亞地區(qū)洪水泛濫。而更為讓人感到困惑的是，南美地區(qū)出現(xiàn)旱災(zāi)天氣。這種現(xiàn)象，被科學(xué)家稱之為“拉尼娜”現(xiàn)象。事實(shí)上，“尼爾尼諾”現(xiàn)象是包括與之相反的“拉尼娜”現(xiàn)象在內(nèi)形成的較長(zhǎng)氣候變化周期的一部分。所以，科學(xué)家將整個(gè)周期叫做“厄爾尼諾一南方濤動(dòng)”。氣壓分布的這種周期性變化，被稱之為南方濤動(dòng)(ENSO)。

更為有趣的是，在大西洋的北部，人們發(fā)現(xiàn)另一個(gè)北大西洋波動(dòng)的循環(huán)，就是北極濤動(dòng)(AO)。北極濤動(dòng)是發(fā)生在北極和大約北緯55。地區(qū)之間的地面大氣壓力的周期性變化。位于北緯55。的地區(qū)有美國(guó)的阿拉斯加洲的南部、蘇格蘭的格拉斯哥和俄羅斯的莫斯科等。在北極上空處在高壓時(shí)，北緯55°就會(huì)出現(xiàn)低壓，反之亦然?？茖W(xué)家還無法找到發(fā)生北極濤動(dòng)確切的原因，但是，它的發(fā)生與海面溫度的變化有直接關(guān)系。海洋影響氣候取決于海水運(yùn)動(dòng)和海水的溫度。因?yàn)楹Ｋ哂泻芨叩臒崛?/p>

量。今天，不論是厄爾尼諾的發(fā)生，還是拉尼娜現(xiàn)象的出現(xiàn)，人們都無法進(jìn)行有效預(yù)報(bào)。這證明，人們對(duì)海氣相互作用的機(jī)理還在探索之中。

環(huán)境憂慮：溫室效應(yīng)，海平面上升，災(zāi)害頻發(fā)

人們關(guān)注厄爾尼諾的另一個(gè)理由是，在厄爾尼諾發(fā)生之后，赤道太平洋海域的二氧化碳要比正常年份增多了許多。顯然，在赤道太平洋表層與大氣之間所發(fā)生的二氧化碳的自然交換動(dòng)態(tài)平衡被打破了。這種交換失衡，可能更有研究?jī)r(jià)值。特別是在赤道附近的廣闊海域，由于地理?xiàng)l件特殊，這一海域可能是二氧化碳最重要的排放源頭之一。

那么，為什么在發(fā)生厄爾尼諾期間，這一海域排放二氧化碳要比平時(shí)多呢?科學(xué)家的解釋是，這個(gè)地區(qū)由于溫度差或者洋流分岔等原因造成了海水上升流，把含有豐富的二氧化碳海水，帶到洋面表層水域，在洋面上進(jìn)行自然交換。通常這種自然交換是勻衡的。然而，在發(fā)生厄爾尼諾期間，上升流明顯減弱，因而二氧化碳的自然交換也相對(duì)減少。其減少幅度很大，大約為30％～80％。二氧化碳是溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w之一；海域出現(xiàn)超量的二氧化碳，這一趨勢(shì)是非常值得關(guān)注的。因?yàn)椋Ｋ械亩趸己孔兓?，?duì)大氣中的二氧化碳含量的改變有著顯著影響。

在過去的半個(gè)多世紀(jì)中，大量的溫室氣體——二氧化碳、甲烷、氮氧化物、氯氟烴被排放入大氣層，形成了科學(xué)家們稱之為“溫室效應(yīng)”。據(jù)聯(lián)合國(guó)氣候變遷專業(yè)組的調(diào)查報(bào)告稱，近半個(gè)世紀(jì)，全球溫度比工業(yè)化前增長(zhǎng)了0.6℃，如果按現(xiàn)在人們向大氣排放廢氣的速度繼續(xù)增長(zhǎng)，再過50年，溫室氣體的濃度將達(dá)到前工業(yè)化時(shí)期的兩倍以上，這將導(dǎo)致全球平均氣溫升高2.5℃。陸地氣溫可能升高達(dá)4℃。這個(gè)升溫幅度，看起來并不算大，但是，這個(gè)升幅可能超過數(shù)百萬(wàn)年以來地球氣溫變化的任何時(shí)期。不要忘記，當(dāng)年地球氣溫升高4℃，導(dǎo)致了整個(gè)冰河時(shí)代的結(jié)束。

溫室效應(yīng)的另外一個(gè)有害結(jié)果是，地球南北極的冰川融化，造成的海平面增高。有學(xué)者稱，北極的冰川將消失50％，南極的冰蓋也在大面積的消融之中。全球氣候變暖，對(duì)生命的影響是巨大的。如果人們不采取措施，在未來的數(shù)十年中，極端氣候可能會(huì)增加，暴風(fēng)雨、洪水、干旱、沙塵暴、海嘯、海岸決堤、海水入侵、森林枯死，糧食減產(chǎn)等將發(fā)生在人們的面前，農(nóng)業(yè)面臨巨大危機(jī)、全球經(jīng)濟(jì)有可能出現(xiàn)崩潰的危險(xiǎn)。

那么，在面臨全球氣候變暖，溫室效應(yīng)不斷威脅到人們的正常社會(huì)生活時(shí)，除了嚴(yán)格控制大量使用化石燃料，減少有害溫室氣體的排放之外，海洋所能發(fā)揮的巨大自然作用是不能低估的。海洋對(duì)氣候的影響主要表現(xiàn)在全球熱量的分配、水循環(huán)中的作用，以及通過水體和海洋中的動(dòng)植物調(diào)節(jié)二氧化碳的吸收與排放。在地球熱量分配方面，海洋的熱儲(chǔ)量比大氣層大千余倍。海水的物理性質(zhì)，使得海水能儲(chǔ)存太陽(yáng)輻射對(duì)地球產(chǎn)生的大部分熱量，并通過洋流、熱鹽流，在赤道與極地之間，進(jìn)行著熱量的重新分配。同時(shí)，海水的熱慣性又可減緩一個(gè)氣候系統(tǒng)向另一個(gè)氣候系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的速度。

當(dāng)然，海洋對(duì)氣候的影響是相互的。不可否認(rèn)，氣候的變化，反過來也會(huì)對(duì)海洋產(chǎn)生影響，主要反映在氣候在海洋物理、生物和地球化學(xué)特征的影響，從而導(dǎo)致了海面水溫升高、海平面上升、海洋酸化、海洋生態(tài)系統(tǒng)退化和海岸帶極端災(zāi)害事件的發(fā)生。而海洋對(duì)全球環(huán)境的影響，則主要表現(xiàn)在對(duì)大氣、水源、土壤、生物等環(huán)境要素作用，以及氣候變化、臭氧層耗減、生物多樣性保護(hù)、土地干旱沙漠化的影響等。由于這些自然特征的存在，近半個(gè)世紀(jì)以來，各國(guó)科學(xué)家在研究全球環(huán)境問題的同時(shí)，格外關(guān)注海洋對(duì)環(huán)境的影響，早先是關(guān)注海氣相互作用的一般性機(jī)理，而后則更加關(guān)注海氣相互作用的規(guī)律性的研究。(文章代碼：2014)

責(zé)任編輯龐云