我們賴(lài)以生存的地球在過(guò)去的46億年里慢慢演化著，并且日益受到人類(lèi)的影響。由于人類(lèi)活動(dòng)，大氣中的溫室氣體(二氧化碳、甲烷等)在不斷增加，致使全球氣溫升高。全球氣候變暖及其對(duì)人類(lèi)社會(huì)與生態(tài)系統(tǒng)的影響已成為人類(lèi)面臨的最重要問(wèn)題之一。
　　由于全球氣候變化與人類(lèi)的生存發(fā)展息息相關(guān)，全球氣候變暖也因此成為全人類(lèi)共同關(guān)注的焦點(diǎn)之一。由于海洋與氣候變化密切相關(guān)，關(guān)于海洋對(duì)全球氣候變暖響應(yīng)的研究也是當(dāng)今海洋學(xué)研究的核心內(nèi)容之一。
　　
　　海洋在全球氣候變化中的作用
　　
　　海洋面積約占地球表面面積的71％，最大垂向深度超過(guò)1萬(wàn)米，海洋中蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源和能源，其容納量和覆蓋范圍都非常之大。
　　其實(shí)，幽深而富饒神秘的海洋也是分層的：在上層海洋中存在明顯的層結(jié)，自上而下可分為混合層、季節(jié)性溫躍層與永久溫躍層；永久溫躍層及其以下更多以水團(tuán)劃分，包括中層水、下層水和底層水。
　　海洋的上邊界層直接與大氣底邊界層接觸，可以為大氣提供充足的水汽。而且，海洋環(huán)流攜帶的巨大熱量能在全球范圍內(nèi)進(jìn)行分配，進(jìn)而調(diào)節(jié)著海洋大氣之間的能量交換，如黑潮、灣流以及赤道上升流區(qū)，都是海水，氣能量交換最強(qiáng)的海區(qū)。海洋環(huán)流的演變能夠通過(guò)改變海洋與大氣之間的能量交換，進(jìn)而影響到氣候的長(zhǎng)期變化。如果海洋發(fā)生異常，如洋流流動(dòng)路徑等改變，其攜帶的驚人能量會(huì)對(duì)氣候產(chǎn)生巨大影響。眾多科學(xué)研究結(jié)果已經(jīng)證實(shí)了這一點(diǎn)。
　　那么，海洋到底是如何影響全球氣候的呢?以近年來(lái)大家都熟知的“厄爾尼諾”為例，它是指赤道中東太平洋海水大范圍持續(xù)異常增溫現(xiàn)象。海水溫差越大，厄爾尼諾的強(qiáng)度越強(qiáng)。厄爾尼諾能夠影響大氣中的輻散環(huán)流
　　沃克(Walker)環(huán)流和哈德萊(Hadley)環(huán)流，導(dǎo)致降雨帶的分布發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)氣候產(chǎn)生影響。每當(dāng)厄爾尼諾出現(xiàn)時(shí)，全球大氣環(huán)流和氣候均顯現(xiàn)出異常變化，洪災(zāi)、干旱、雷雨大風(fēng)、龍卷風(fēng)、冰雹等災(zāi)害頻繁發(fā)生。而且隨著全球氣候變暖趨勢(shì)的日益增加，厄爾尼諾事件發(fā)生的頻率也越來(lái)越高。作為一種全球性災(zāi)害，厄爾尼諾對(duì)于我國(guó)的區(qū)域大氣環(huán)流、降水、氣溫、臺(tái)風(fēng)活動(dòng)等都存在重要影響。當(dāng)然，厄爾尼諾事件只是眾多海洋影響氣候事件中的一例。
　　事實(shí)上，不僅海洋會(huì)影響氣候變化，全球氣候變暖所引發(fā)的氣候變化同樣也在改變著海洋。
　　
　　全球氣候變暖下海洋的響應(yīng)
　　
　　在我國(guó)北方，十幾年前孩子們冬季在冰面上行走玩耍的場(chǎng)景，出現(xiàn)的時(shí)間越來(lái)越晚了，如今在雪地里和小伙伴一起打雪仗嬉戲的場(chǎng)面，也很少見(jiàn)到了。我們不時(shí)會(huì)看到新聞報(bào)道中提到一些地勢(shì)低洼的沿海地區(qū)和國(guó)家正遭受著被海水淹沒(méi)的威脅。人們的切身感受及眾多研究表明，當(dāng)前，全球氣候變暖已是不爭(zhēng)的事實(shí)。在這樣的大背景下，海洋會(huì)有怎樣的響應(yīng)呢?
　　對(duì)于全球氣候變暖，兩極海域和其他大洋產(chǎn)生的響應(yīng)主要表現(xiàn)在溫鹽的變化、海平面的升降、熱含量變化等幾個(gè)方面。
　　海冰是氣候變化的指示器，氣候的擾動(dòng)情況，人們最容易從海冰的變化中找到對(duì)應(yīng)信號(hào)。在兩極海域，觀測(cè)研究表明，20世紀(jì)北極的氣候發(fā)生了重大變化，1970～2000年間，海冰表面的大氣溫度顯著升高，北冰洋東部、巴倫支海及日耳曼海夏季冰急劇減少。次表層海洋(大約位于表層數(shù)十米以下至250米以淺的深度)資料揭示，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，北極的海冰變薄了很多。在南大洋，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，人們獲得了大量有關(guān)700～1000米深度的海水溫度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)比相同區(qū)域先前觀測(cè)到的溫度要高，南大洋中層溫度在20世紀(jì)80年代比30年前升高了0.17℃，升溫幅度大于全球其他海域，并且主要集中在南極繞極流海域。南大洋與南極氣溫的增暖量值幾乎相當(dāng)，其中增暖最快的區(qū)域在南緯45。到南緯60。間的南極繞極流緯度范圍內(nèi)。
　　在印度洋和太平洋深海也出現(xiàn)了溫度升高現(xiàn)象。研究人員對(duì)印度洋深海進(jìn)行的測(cè)定表明，900米深的海水溫度在1962～1987年間升高了0.5℃。在南太平洋深海進(jìn)行的測(cè)定也得到了類(lèi)似結(jié)果。印度洋和南太平洋深處的海水主要來(lái)自南極附近海域的海洋表面，所以印度洋和南太平洋深海水溫的升高說(shuō)明南極附近海洋表面的水溫是在升高的。據(jù)此人們推測(cè)，海水溫度升高必然會(huì)引起海平面上升和海水鹽度下降。這是因?yàn)楹Ｋ臒崤蛎洉?huì)引起海平面上升。至于海水鹽度的下降，則是由于氣溫升高后空氣中所含水蒸氣增多，降水量增大，從而使海水得到稀釋所致。研究人員實(shí)際測(cè)定的結(jié)果也證明了前面提到的猜測(cè)，印度洋海平面在1962～1987年間升高了3.5厘米，印度洋500～1500米深的海水鹽度比過(guò)去也有所下降。通過(guò)1930～1980年間的歷史水文數(shù)據(jù)與1985～1994年間來(lái)自太平洋和印度洋中層水橫跨大洋的6個(gè)水道截面在不同時(shí)段所對(duì)應(yīng)的水文特征比較，人們發(fā)現(xiàn)，北太平洋中層水(中層水主要指在高鹽次表層水以下的低鹽水層，源自西風(fēng)漂流輻聚區(qū)表層海水下沉而形成的水層)和南極附近海洋中層水都隨時(shí)間表現(xiàn)出一致的海盆尺度(海盆尺度在此海域指數(shù)千公里至上萬(wàn)公里范圍)的鹽度降低，這可能是由于表層海水的淡化所致。觀測(cè)表明，在過(guò)去的幾十年里，北太平洋和南大洋高緯地區(qū)的降水增加了很多。
　　在已經(jīng)過(guò)去的20世紀(jì)，海平面的變化也較為顯著，全球平均海平面變化主要有兩方面的原因：第一，由海水溫鹽的變化所導(dǎo)致的海水密度變化，從而引起海水體積發(fā)生變化；第二，由于冰川和冰蓋的溶化或凝結(jié)、降水、蒸發(fā)、河流徑流和融冰等作用造成的海水質(zhì)量(重量)的增減。這些過(guò)程是導(dǎo)致海平面變化的主要因素，而且跟海水與大氣和陸地間的水交換有密切關(guān)系。研究人員計(jì)算后發(fā)現(xiàn)：1993～1998年，熱膨脹海平面上升率為(3.1±0.4)毫米／年，與同一時(shí)期通過(guò)衛(wèi)星測(cè)量得到的上升率(3.2±0.2)毫米／年相近。根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(IPCC)在2001和2007年發(fā)表的評(píng)估報(bào)告，在20世紀(jì)全球海平面因氣候增暖導(dǎo)致的平均上升率，約為1～2毫米／年，但不同地區(qū)的差異相當(dāng)大。這主要是因?yàn)槿驓夂蛟雠绊懥撕Ｑ蟓h(huán)流，從而導(dǎo)致區(qū)域性的海平面變化情況不一。
　　全球氣候增暖也直接導(dǎo)致了海溫的變化，與海溫最直接相關(guān)的是海洋熱含量的變化。由于海洋具有巨大的熱容量，在氣候系統(tǒng)的熱量?jī)?chǔ)存和輸送方面起著非常重要的作用。根據(jù)觀測(cè)，海洋熱含量在過(guò)去50年里增加了大約18.2×10²²焦耳。引起這種變化的根本原因在于全球氣候變暖。
　　全球氣候變暖還可能會(huì)對(duì)海洋環(huán)流產(chǎn)生影響。在全球海洋環(huán)流中，除了海表受風(fēng)吹動(dòng)產(chǎn)生“風(fēng)生洋流”外，深層還存在因海水密度梯度而形成的深海環(huán)流，由于海水密度是由溫度和鹽度決定的，所以這種環(huán)流被稱(chēng)為“溫鹽環(huán)流”。全球大洋溫鹽環(huán)流大致如圖1所示，其在北大西洋的部分，和海洋表層的墨西哥灣流一起，被稱(chēng)為“北大西洋輸送帶環(huán)流”。該輸送帶的源動(dòng)力，是位于北大西洋的兩個(gè)巨大的海洋“水泵”：一個(gè)在格陵蘭以東，一個(gè)在南拉布拉多海，它們對(duì)海表的水會(huì)施加一種額外的拉力，就像浴盆里的水被地漏口吸下去一樣，這兩個(gè)“水泵”把海水從表層拉到海洋深處，然后在離洋面2-3千米的地方，向南流去，抵達(dá)南大西洋，這部分自北而南流動(dòng)的海水，被稱(chēng)為“北大西洋深層水”。這種很強(qiáng)的深層經(jīng)向海流，只存在于大西洋，在太平洋和印度洋則不存在。在海表，“水泵”的作用是把溫暖的墨西哥灣流向北拉到高緯度地區(qū)，直至抵達(dá)格陵蘭東部和南拉布拉多海，隨后海水因密度變大而下沉。墨西哥灣流的流速為亞馬遜河的100多倍，它攜帶著來(lái)自熱帶的溫暖海水，以1萬(wàn)億千瓦的功率(相當(dāng)于全世界能耗的100倍)，把大量的熱量釋放到北部的大氣中，將歐洲的空氣加熱了大約5℃，使得歐洲比與其地理緯度差不多的北美溫暖許多。
　　不過(guò)，全球氣候變暖會(huì)導(dǎo)致冰川融化，流入格陵蘭海和拉布拉多海的淡水也因此增多，從而在海表形成淡水層，導(dǎo)致表層海水密度減小，原來(lái)在此能下沉到數(shù)千米深的表層海水可能由于海水變輕而下沉深度變淺，進(jìn)而使得“水泵”停止工作，熱量輸送關(guān)閉，北歐將會(huì)因得不到巨大的熱輸送而驟然變冷，西歐甚至?xí)蝗贿M(jìn)入小冰川期。
　　雖然溫鹽環(huán)流對(duì)全球氣候變暖的響應(yīng)目前在研究中還存在不確定性，但該輸送帶或多或少總會(huì)受到全球氣候變化的影響。這一點(diǎn)毋庸置疑。像剛剛發(fā)生的歐洲大雪，這一突發(fā)的嚴(yán)寒事件與海洋環(huán)流的變化可能存在著很大關(guān)系。因?yàn)楸睔W地區(qū)的氣候與墨西哥灣流存在著密切聯(lián)系，由于氣候變暖，該洋流可能發(fā)生了一定程度的減速或階段性中斷，導(dǎo)致溫暖的墨西哥灣流無(wú)法到達(dá)北歐地區(qū)，從而使得北歐因得不到巨大的熱輸送而發(fā)生暴雪等極端嚴(yán)寒天氣。
　　《地球物理學(xué)研究雜志》在2010年1 1月5日刊發(fā)了關(guān)于北極冰蓋和歐洲北方大陸冬季極端冷冬間關(guān)系的研究結(jié)果。該研究稱(chēng)，目前歐洲嚴(yán)寒的“罪魁禍?zhǔn)住闭怯扇驓夂蜃兣瘜?dǎo)致的北極冰蓋融化。該文作者表示，他們發(fā)現(xiàn)北極巴倫支海和喀拉海地區(qū)的洋面冰層正在消失，失去冰層覆蓋的海洋會(huì)向空氣中散發(fā)暖氣，導(dǎo)致極地局部地區(qū)的大氣底層變暖，從而影響整個(gè)大氣循環(huán)。其結(jié)果是極地冷空氣在高壓系統(tǒng)推動(dòng)下，以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)著向歐洲大陸進(jìn)發(fā)，造成該地區(qū)雨雪增多，氣溫下降。同樣的嚴(yán)寒天氣在2005-2006年的歐洲也曾出現(xiàn)過(guò)。利用氣候模式的模擬，他們發(fā)現(xiàn)北極洋面冰層的減少會(huì)令嚴(yán)寒天氣在歐洲和亞洲北部出現(xiàn)的幾率增加3倍。除此之外，今冬太陽(yáng)活動(dòng)的減少以及墨西哥灣暖流的變化也加大了歐洲地區(qū)的降溫幅度。然而，歐洲的嚴(yán)冬和全球變暖并不矛盾，例如德國(guó)波茨坦氣候影響研究所專(zhuān)家斯特凡·拉姆斯多夫表示，目前格陵蘭島12月份的氣溫已攀升到0℃以上，大大異于常年。
　　在過(guò)去幾十年里，日本海深層海洋環(huán)流也發(fā)生了很大的變化。研究表明，日本海在過(guò)去40多年里，1000米深度以上的海水增暖了0.1-0.5℃，2000米深度以下的海水在過(guò)去30年里增暖了0.01℃，500米深度以下海水的熱含量，在以0.54瓦／平方米的速率增加。通過(guò)溶解氧及其他化學(xué)示蹤劑的剖面分析，人們發(fā)現(xiàn)，日本海深層底水的形成自20世紀(jì)80年代幾乎停滯了，中層水的生成深度則有所加深。日本海的經(jīng)圈翻轉(zhuǎn)環(huán)流出現(xiàn)了上移的趨勢(shì)，這可能與溫度升高導(dǎo)致的表層水變淡，致使表層水不能下沉到底層有關(guān)。
　　
　　海中二氧化碳怎么辦
　　
　　工業(yè)革命以來(lái)，由于人為因素引起了二氧化碳等溫室氣體的大量排放，目前，空氣中的二氧化碳含量已比工業(yè)革命之前增加了30％，達(dá)到了380ppm(百萬(wàn)分之380)，全球氣溫也因此呈現(xiàn)加速上升趨勢(shì)，而二氧化碳等溫室氣體引起的全球氣候變暖又給海洋帶來(lái)了極大影響，海水的溫度、鹽度、海水中二氧化碳的含量以及海洋環(huán)流等都發(fā)生了變化。由于二氧化碳的不斷累積，全球海洋已經(jīng)發(fā)生了酸化，海水pH值變低，而這又會(huì)給海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)潛在的威脅。
　　眾所周知，海洋是一個(gè)巨大的碳儲(chǔ)藏庫(kù)，海洋容納的碳比大氣容納的碳多出50多倍，海洋中的冷深水是二氧化碳的主要儲(chǔ)藏庫(kù)。冷深水的形成主要在大西洋，因?yàn)榇笪餮蟮柠}度較高。當(dāng)化石燃料燃燒時(shí)，二氧化碳被釋放到大氣中，大約有一半的二氧化碳能夠溶解在海水里，并被帶入深海。
　　我們對(duì)未來(lái)氣候變化的預(yù)估，則強(qiáng)烈依賴(lài)于海洋中二氧化碳的儲(chǔ)存量和儲(chǔ)存時(shí)間。如果海洋儲(chǔ)存的二氧化碳很少，或者被儲(chǔ)存以后又很快被釋放到大氣中，那么大氣中的二氧化碳濃度將會(huì)迅速增加。
　　而有多少二氧化碳能被海洋儲(chǔ)存，儲(chǔ)存的時(shí)間又可以持續(xù)多久，這主要取決于溫鹽環(huán)流的變化。二氧化碳的溶解量則取決于深層海水的溫度，儲(chǔ)存時(shí)間取決于深層海水的補(bǔ)充速率。
　　當(dāng)前的研究表明，北大西洋輸送帶呈現(xiàn)出變暖趨勢(shì)，深層冷水的補(bǔ)充速率有所減緩，這可能會(huì)導(dǎo)致深層與上層間海水交換的增加以及深層海水變暖，大量的二氧化碳?xì)怏w因此會(huì)被釋放到大氣中，從而導(dǎo)致大氣中二氧化碳濃度的增加，溫室效應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)一步加劇全球氣候變暖的趨勢(shì)。
　　
　　人類(lèi)何去何從
　　
　　從以上描述可以看出，由二氧化碳等溫室氣體引起的全球氣候變暖已經(jīng)給海洋帶來(lái)了很大影響，而且海洋和大氣之間的影響是相互的，這會(huì)導(dǎo)致一系列的連鎖反應(yīng)，情況也許會(huì)變得越來(lái)越糟，對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)將會(huì)產(chǎn)生越來(lái)越多的不利影響，如各種極端天氣的發(fā)生，給人類(lèi)的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)難以估量的損失。
　　目前，人們正在尋求方法解決二氧化碳不斷增加帶來(lái)的危險(xiǎn)及其對(duì)氣候帶來(lái)的影響。
　　一個(gè)使大氣中二氧化碳濃度穩(wěn)定的可行方法是將過(guò)量的二氧化碳進(jìn)行捕獲并將這些二氧化碳儲(chǔ)存在植物體內(nèi)、地質(zhì)蓄水層中或深海。要將大氣中的二氧化碳更多地掩埋在海洋中就必須增強(qiáng)海洋吸收和儲(chǔ)存二氧化碳的能力，或者通過(guò)誘導(dǎo)并增強(qiáng)固碳植物在表層海洋中的生長(zhǎng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于海洋垂向上的水體交換，特別是表層與深層水之間的交換非常緩慢，因此上層水體吸收的二氧化碳要被帶至海洋深層是一個(gè)十分緩慢的過(guò)程，因此，通過(guò)科學(xué)手段將二氧化碳液化后直接注入到深海，不失為一個(gè)更快速的辦法。然而，這樣做會(huì)在很大程度上增加海洋中二氧化碳的含量，而關(guān)于海洋中二氧化碳濃度的增加又會(huì)給海洋生物等帶來(lái)什么樣影響，有關(guān)這方面的研究還很少。
　　拯救地球環(huán)境，拯救人類(lèi)共同的家園——地球，已經(jīng)到了刻不容緩的時(shí)刻，我們所能采用的方法究竟能有多少