王治鈞 孫啟振

12世紀(jì)，英國(guó)巴斯的自然哲學(xué)家阿德拉德（Adelard）著書立說(shuō)，整理出了一系列自己想要得到答案的問(wèn)題。如今，許多海洋學(xué)家依然在研究其中一些有關(guān)海洋領(lǐng)域的提問(wèn)，例如，海陸冰川持續(xù)融化，航道會(huì)如何改變？海洋生態(tài)系統(tǒng)如何適應(yīng)變暖的海水？氣候變化是否會(huì)引起海洋翻轉(zhuǎn)、環(huán)流的崩潰？……

2024年TED年度大會(huì)邀請(qǐng)美國(guó)物理海洋學(xué)家蘇珊·洛齊爾（Susan Lozier，現(xiàn)任佐治亞理工學(xué)院科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)）解答這些問(wèn)題。她長(zhǎng)期致力于大規(guī)模海洋環(huán)流、海洋在氣候變化中的作用以及熱量和淡水在海洋中的轉(zhuǎn)移的相關(guān)研究。

物理海洋學(xué)家蘇珊·洛齊爾

跨越地球的海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流

洋流，指海洋中具有相對(duì)穩(wěn)定流速和流向的海水，從一個(gè)海區(qū)向另一個(gè)海區(qū)，沿一定路徑的非周期性運(yùn)動(dòng)。大部分洋流都是區(qū)域性的，不會(huì)橫跨大洋，但海洋中也存在著大規(guī)模的洋流，它們從一個(gè)洋盆（廣義上指地球上承載全部海洋水體的洼地，狹義上指大洋底部的深邃洼地）流動(dòng)到另一個(gè)洋盆，流動(dòng)的距離通常能達(dá)到幾千公里。

其中，最大的洋流被稱為“海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流”。它發(fā)源于高緯度地區(qū)。冬季，溫暖的表層海水溫度降低、密度變大，它們不斷下沉，在海洋深處擴(kuò)散，最終再次上升，回到溫暖的海洋表面——它們出發(fā)的地方。

海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流，藍(lán)色路徑為深海流動(dòng)，橙色路徑為淺海流動(dòng)

海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流不僅可以將深海營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)帶到淺海，還能夠重新分配地球的熱量。它與大氣環(huán)流共同作用，保持著地球赤道和兩極間30攝氏度左右的溫度差。如果沒(méi)有它，這一溫差將擴(kuò)大，內(nèi)陸地區(qū)也會(huì)發(fā)生巨變——極地被完全冰封，熱帶地區(qū)更加酷熱難當(dāng)。

海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流對(duì)氣候的影響不只在氣溫。海水下沉?xí)r，會(huì)攜帶著與大氣交換而來(lái)的二氧化碳。隨著人類社會(huì)不斷發(fā)展，大氣中二氧化碳的濃度升高，流入或被吸收進(jìn)海洋的碳含量也在增加。

目前，海洋中存儲(chǔ)的二氧化碳總量約占人類自工業(yè)革命以來(lái)排放的二氧化碳總量的30%。雖然大氣中的二氧化碳水平會(huì)因此降低，但海水的酸度會(huì)不斷增加，海洋生物的生存和整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)都會(huì)受到影響。

海洋的危機(jī)

如今，隨著全球變暖、冰川融化，海洋也在持續(xù)升溫，影響著表層海水的密度。到達(dá)某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)后，海洋表層海水密度將達(dá)不到在冬季下沉的標(biāo)準(zhǔn)。到那時(shí)，海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流流速變慢，吸碳量隨之減少，地球氣候和天氣模式將遭到更大的破壞，未來(lái)人類可能會(huì)經(jīng)歷更多極端天氣。

通過(guò)氣候建模技術(shù)制作的圖表，黑色和灰色的線條為海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流過(guò)去相對(duì)穩(wěn)定的變化，彩色的線條是基于不同氣候模型和不同氣候條件，對(duì)未來(lái)海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流變化的預(yù)測(cè)

曾經(jīng)，許多海洋學(xué)家認(rèn)為，海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流的變化會(huì)非常緩慢，時(shí)間尺度可參照地球冰期的周期變化，以幾萬(wàn)年計(jì)。但在20世紀(jì)90年代，一項(xiàng)關(guān)于冰蓋的研究指出，海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流或許會(huì)在數(shù)十年、甚至幾年內(nèi)發(fā)生變化——后續(xù)出現(xiàn)的嚴(yán)重影響也會(huì)隨之而來(lái)。

OSNAP項(xiàng)目示意圖。紅線為表層洋流，藍(lán)線為深層洋流。垂直向下的黑線為錨固裝置，從海面延伸至海底。紅點(diǎn)代表安裝在錨固裝置上的監(jiān)測(cè)儀器，可以監(jiān)測(cè)洋流、海水溫度和鹽度

值得慶幸的是，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步能夠幫助我們更好地預(yù)測(cè)這一風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)計(jì)算、分析、建立模型我們得知，海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流的崩潰或許會(huì)在2100年前后發(fā)生。為了我們的子孫后代，為了地球的未來(lái)，我們必須繼續(xù)觀測(cè)海洋，才能更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)海洋變化。

更好地觀測(cè)未來(lái)

全球的海洋學(xué)家正致力于搭建一個(gè)國(guó)際海洋觀測(cè)系統(tǒng)，這個(gè)項(xiàng)目名為北大西洋近極地海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流項(xiàng)目（下文簡(jiǎn)稱OSNAP）。自2014年開始，每隔一年的夏天，研究船都會(huì)沿OSNAP的航線航行，安放儀器、進(jìn)行測(cè)量。航線分為幾條，從拉布拉多海岸一直延伸到格陵蘭島的一側(cè)，又從格陵蘭島的另一側(cè)開始，一直到蘇格蘭海岸，數(shù)十位來(lái)自不同國(guó)家的海洋學(xué)家都參與了航行。

用來(lái)測(cè)量海洋和大氣間碳交換的浮標(biāo)，是龐大的全球測(cè)量系統(tǒng)中的一小部分

蘇珊的學(xué)生在格陵蘭島近?；厥詹杉松詈：Ｋ畼悠返牟伤?/p>

自動(dòng)駕駛滑航儀。它會(huì)按照預(yù)先設(shè)置的路線在深海進(jìn)行測(cè)量，每隔一段時(shí)間躍出海面一次，將信息上傳給上方經(jīng)過(guò)的衛(wèi)星

海洋觀測(cè)的時(shí)間跨度非常長(zhǎng)，我們無(wú)法通過(guò)短期的數(shù)據(jù)變化推斷海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流是在增強(qiáng)還是減弱。我們也不能孤立地研究它，海洋是緊密聯(lián)系在一起的，我們需要在全球范圍測(cè)量海水是否升溫、變淡、變酸，以便更好地理解和評(píng)估海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流的變化。

如今，在各個(gè)國(guó)家海洋學(xué)家的通力合作下，地圖上已經(jīng)密密麻麻地布滿了代表測(cè)量裝置的點(diǎn)。為了地球的未來(lái)，我們正在不斷努力。

阿德拉德的許多問(wèn)題，我們花了幾個(gè)世紀(jì)來(lái)找答案。但想要解決我們的問(wèn)題，卻不再有幾個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，或許只有幾十年，甚至幾年。想要阻止海平面上升，降低海洋翻轉(zhuǎn)環(huán)流變慢或者停止的風(fēng)險(xiǎn)，必須有更多的人關(guān)注，需要所有人齊心協(xié)力，為減少大氣中的二氧化碳而努力。

（責(zé)任編輯 / 牛一名? 美術(shù)編輯 / 周游）