南极海冰大消融 始于一个冰窟窿

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2020年07月30日 14:49:02
来源:科普中国网

南极海冰自2015年之后开始出现历史性消融。一项新研究找到真凶:一场风暴在冰上撕了个洞,启动了海冰消融连锁反应。

南极海冰大消融 始于一个冰窟窿

作者 | 段岁寒 茨城大学地球物理学博士

《非诚勿扰2》里有个著名段子:在一次慈善竞拍中,礼仪小姐称,因为气候变暖,北极冰川正在融化,一想到企鹅宝宝就要失去它们的家园,她的心都要碎了。孙红雷饰演的富豪掷重金拿下了拍品,却“很坏地”告诉她,北极一时半会儿融化不了,就是融化了企鹅宝宝也会没事,因为它们住在南极。

虽然是个老梗,不过就在2015年之后,《非2》上映不到5年,南极冰迎来了历史性大消融,短短两年就失去了120万平方公里的海冰面积,相当于两个法国。同样令人意外的是,企鹅宝宝不仅没事,还活得更加兴旺了。这是怎么回事呢?最近,两项新研究分别揭示了原因。

南极冰盖和海冰

如果问全球的冰都集中在哪里,大部分人都知道在两极。但南极、北极区别大了。很难想象,北极的总冰量只是南极一个零头。据统计,南极洲冰盖的冰量占到全球总冰量的90%,另外9%在北极的格陵兰岛,余下1%才是其他。

但是仅看结冰面积,南北极不可能相差这么大。我们的直觉是对的。冰量差别主要来自冰的厚度。南极冰下有大面积大陆“打底”,周边海冰依附于大陆向海洋延伸,冰盖是大头。而北极冰下方大多是冻结后的一片汪洋,海冰占据了绝大面积。

冰盖专指连续覆盖了5万公里以上的陆地冰川(也称“大陆冰川”),相比海冰,厚度要大好几个数量级。

目前全球冰盖仅分布在南极洲,以及北极的格陵兰岛上。前者冰面积约为后者8倍。南极冰盖大约在500万年前就发育到了如今的规模。它覆盖在南极洲大陆上方,近似圆形,直径接近5000公里,面积达到1400万平方公里。沿着它的边缘分布着陆缘冰,面积约150万平方公里。格陵兰冰盖则覆盖在碟状盆地上,总面积约180万平方公里。

南极冰盖示意图:灰色代表陆地,上方即为冰盖。红色表示夏季海冰最小值,红色+白色表示冬季海冰最大值(1981-2010平均)|作者供图

南极冰盖示意图:灰色代表陆地,上方即为冰盖。红色表示夏季海冰最小值,红色+白色表示冬季海冰最大值(1981-2010平均)|作者供图

大部分南极冰盖的厚度在2500米以上,最厚处达到4500米。格陵兰冰盖最厚处达3400米。这样广阔的面积,加上超级厚度,冰量是个天文数字。

而海冰直接在海上形成,厚度通常小于3米。因为海冰夏天消融,冬天扩张,面积不定,科学家们给出了一个平均值。据测算,北极海冰和南极海冰年均面积分别约为1000万平方公里和1200万平方公里。在各自的寒冷季节,北极海冰可以扩张到1600万平方公里,南极海冰则动辄超过2000万平方公里(相当于两个以上中国陆地面积)。

由于海冰厚度较小,两极海冰的冰量并未像面积那样惊人。所有海冰加在一起,不过地球总含冰量的0.1%左右。冰盖才是地球贮冰的绝对主力。

全球冰量构成图。南极冰盖是绝对主力。 | 编辑制图

全球冰量构成图。南极冰盖是绝对主力。 | 编辑制图

冰穴带来南极海冰创纪录消融

不论是海冰还是冰盖,两极的这些大冰块总是牵动众人神经,因为可能些微变化就会影响全球气候和生态。

近年来,我们经常听到人们对于冰川融化、海平面上升的担忧。不同于漂浮的海冰,融化后在水面下所占体积几乎相等、对海平面影响不大,冰盖如果融化了,这些处于陆地上的冰冻水体就会流向海洋,使得其水量增加,水平面随之上升。

有人做了一个计算,如果南极冰盖彻底融化,地球海平面将上升60米,人类即面临天劫一般的灾难。但实际上,这有些多虑了。因为南极本身气候寒冷,数千米的冰盖高度和广大的反射面积又加剧了热量的流失,南极冰盖本身受到地球变暖的影响其实尚小。

不过,它周围的陆缘冰和海冰受到地球变暖趋势的影响,则几乎是板上钉钉的事实。

最近几十年,随着全球变暖持续,北极海冰早就呈现逐年减少的倾向,而南极海冰则呈现强烈波动,甚至直到2015年之前,南极海冰面积都在逐步增长。

消融中的北极海冰。| NASA

消融中的北极海冰。| NASA

但这一切在2015年发生了变化。2016年到2017年间,南极海冰面积经历了历史性的下跌,短短两年间就损失了120万平方公里,相当于两个法国面积。这引起科学家们的高度紧张。难道全球变暖加速了?

直至最近,一项新研究终于揭开了谜底:从2015年9月开始,一次强烈风暴引发的冰穴,触发了南极海冰的连锁消融。

那是威德尔海海域的一次风暴,风暴带来的温暖气流让多处海冰发生裂缝、崩解和消融。随后,在11月,南极的盛夏时节,那年的夏日格外炽烈,南极平均温度比往年高出3度,一个不速之客悄然造访:南极海冰的核心区域出现了一个冰穴。

冰穴是海冰中的无冰区域,之前40年中从未出现。失去了冰层的深色水面顿时暴露在外,像一只“死亡之眼”一样贪婪地吸收着阳光。这进一步加速了冰层的融解。从而又暴露了更大的水面。连环的相互加强作用,让海冰消亡逐渐失控。

同年12月以及次年(2016年),同样的事件又在其他区域连续上演。南极过去几十年一直保持的海冰增长态势被迅速打断,并一去不复返。

南极海冰中出现的冰穴。 | NASA(2017年9月25日)

南极海冰中出现的冰穴。 | NASA(2017年9月25日)

科学家们也由此勾勒出了极地海冰消融的潜在路线:暖风暴和炎热天气叠加,将有极大几率形成冰穴,带来的必然后果就是海冰连锁性大消融。

企鹅在气候变化中意外“得利”

像极地这样简单而缺乏容错能力的气候生态系统,面对变化自我调节能力往往非常弱。如果照目前态势发展,南北极海冰都将十分危险,物种生存唯艰。

据一项最新研究预测,如此下去北极熊将可能无法借助海冰漂浮和获取食物,在80年内濒危甚至灭绝。

不过,令人意外的是,并不是所有物种都那么倒霉。就目前所知,企鹅竟然在这个过程中上位了。

极地生物学家很早就注意到,南极的阿德利企鹅种群数量和海冰面积成负相关关系:当海冰面积减少时,它们就将迎来繁殖良机,而扩大种群;当海冰面积增大,其繁殖和育雏行为则会受到打击,导致种群数量减少。

这一奇怪现象,也被科学家借这次南极海冰消融之机破解。

原来,企鹅喜欢水而不喜欢海冰。因为,在繁殖季节,它们必须翻山越岭,跨越茫茫海冰,才能到达可以潜水的未冻结海域寻找食物。而企鹅的体型擅长游泳而不擅长行走,在海冰少的年份,这份辛苦将大大减少。

据统计,在海冰少的年份,企鹅每天平均可以少移动近5公里,花在觅食上的时间比多冰年份最多可减少近8小时(2010-2017年数据)。

更少步行节约下来的体能,让企鹅在海中狩猎范围更宽广,同类间的竞争压力大为减少。并且,暴露的海面可以吸收更多阳光,让浮游生物数量增加,以之为食的鱼和磷虾虾也增加了,企鹅的食物更充足。

种种因素都让阿德利企鹅生活更滋润了。不仅体重在少冰年份平均增加了5~17%,雏鸟的存活率和体重也大幅增长。

爱潜水的阿德利企鹅。| webshots.com

爱潜水的阿德利企鹅。| webshots.com

但是,这只是众多不幸中的一个例外。南极企鹅无疑是全球变暖趋势下的少数幸运儿。大部分极地生物,都将在全球变暖态势下迎来噩梦。

虽然海冰融化一时间威胁不到我们人类的生存,但我们也不得不提前思考一个问题:当我们放任自己翻弄其他物种命运的时候,是否确定自己能够背负一切后果。

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