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探索北极 如履薄冰

为了追踪海冰变化,挪威籍研究船长矛号于2015年随着海冰一起漂流五个月,完成了从北极冬季延续到春季的难得旅程。 2月底,天色暗示着太阳即将到来。 Photogr

为了追踪海冰变化,挪威籍研究船长矛号于2015年随着海冰一起漂流五个月,完成了从北极冬季延续到春季的难得旅程。 2月底,天色暗示着太阳即将到来。 Photograph by Nick Cobbing

(神秘的地球报道)据美国国家地理(撰文:Andy Isaacson 摄影:Nick Cobbing):覆盖北冰洋的海冰并不是地图上描绘的一大块白色冰层,而是如拼图般破碎的流动浮冰,持续因风与洋流的力量而相互撞击、变形与断裂。2015年2月,我随着一艘历史悠久的挪威籍海洋研究船长矛号出航,当它在可容船身通过、迷宫般的冰间裂隙间行驶时,我站在甲板上发抖。举目所及都是冰雪覆盖的白色不毛之地,一路绵延至地平线。钢制船身穿过锯齿状的大块浮冰。长矛号当时正在寻找一块可以附着的坚固海冰,让船能继续随着浮冰在冰冻的海面上漂流,记录北极海冰的命运。

在过去一个世纪里,北极地区的气温平均增加大约摄氏3度,是全球平均值的两倍以上。海冰覆盖的面积减少许多,有海冰的地方,冰层也变得更薄,而且成了季节性结冰而非厚实古老的浮冰。结果产生了一个影响深远的反馈循环:由于每到夏季,会吸收更多阳光的深色海水取代了白色海冰,造成海水和空气进一步升温――让融冰现象更加严重。「北极会最先变暖,而且变暖最多、最快,」蓄着长胡子的挪威极地研究所(NPI)国际处长金.霍尔蒙说;长矛号就是由NPI营运。根据气候模型的预测,最快在2040年夏季,人类就有可能航越无冰水域直达北极点。

北极海冰会将太阳光反射回太空中,帮助地球降温。因此,北极海冰消融免不了会影响北极以外地区的气候与天气,但确切影响为何仍不清楚。要提出更准确的预测,就要有关于海冰与海冰漂移不定且不均匀的分布情况更完整的数据。 「大部分的科学研究船都在夏季前往北极,我们拥有的野外资料也多集中在这段期间,」我在长矛号上遇到的NPI海冰物理学家贡纳尔.史普林说,「从冬季到春季发生的持续变化,是我们对海冰的认识上很大的缺口。」在长矛号执行任务的五个月期间,轮番上阵的国际科学家会在海冰的整个季节性生命周期间进行监测――从海冰在冬季形成到夏季融化为止――借此调查海冰消融的前因后果。

摄影师尼克.寇宾和我从NPI北极计画的基地,即位于斯瓦巴群岛斯匹兹卑尔根岛的隆雅市,分别搭乘破冰船和直升机登上长矛号,在几天后航向北纬83度俄罗斯领土以西的地方。科学家选中了一片半公里宽、主要由季节性冰形成的浮冰为研究对象。船员用尼龙绳将船拴在钻入冰里的粗大金属柱上,然后把主引擎关掉。孤立在近乎永夜里的我们,开始了在冰漠荒原里长达一个月随波逐流的旅程。

这些科学家在浮冰上打造营地,搭起帐棚并铺设电线。包括史普林在内的物理学家用雷射绘制冰的地形图,记录冰上积雪的厚度与温度;海洋学家搜集水与洋流的资料;气象学家搜集气象数据并测量温室气体;生物学家寻找冰藻。数周后,露脸的太阳开始穿透逐渐融化的浮冰,科学家就能观察生态系苏醒的景象。气温经常骤降到摄氏零下30度,科学家必须面对手指变麻、电线断裂与电子仪器损坏的挑战,以及四处游荡的北极熊所带来的危险。

2007年,联合国气候变迁政府间专家委员会(IPCC)提出警告,气候变迁在下个世纪对北极的冲击,「会超过预期中对其他许多地区的冲击,而且会产生在全球造成重大影响的反馈。」将近十年过后,这个令人忧心的预言已获得证实。北极大概是气候变迁影响最为严重的地区。永冻层正在融化,随着森林线北移、灌木和草入侵冻原,北极的植物愈来愈多;某些北极熊、海象与驯鹿族群也大量减少。

自1979年有卫星纪录以来,北极失去的冰已超过原有体积的一半,总面积和厚度都减少许多。冰冻区的面积会在夏末9月时缩减到全年最小。 2012年9月,冰冻区的范围只剩下1980与1990年代平均值的一半。冬季海冰涵盖范围通常会在3月到达最大,如今也在缩小,只是速度比较慢;冰层的平均厚度已减少了一半。原本厚度多有3到4公尺、并会持续存在多年的浮冰(称为多年冰),已变成大片较薄且较不具反射性的冰层,在一年内形成并融化。海冰的覆盖范围会自然消长,但科学家大多相信,人类排放的温室气体正使海冰加速消融。

逐渐消融的是一整个生态系。海冰消逝可能会对一些行光合作用且位于海洋食物链最底层的生物造成负面影响。这些单细胞藻类生存在冰层之下、待春天阳光照耀时才大量生长,由于冬季冰层消退的速度更快、时间更早,改变了这些藻类生长的规模与时间,这又可能会干扰到桡足类这种富含脂肪的小型浮游动物的生命周期,它们以藻类为食,自己则成为北极鳕、海鸟与弓头鲸的食物。对海洋哺乳动物如北极熊、太平洋海象与环斑海豹来说,失去数十万平方公里的海冰已造成了灾难性的后果。

根据预测,在本世纪接下来的时期,这些失去栖地的动物会完全失去竞争优势。举例来说,随着北极熊撤退到不断减少的夏季残余海冰上,虎鲸可能会取代北极熊,成为北极最顶端的海洋捕食者。虽然北极熊有时会在陆地上活动,近年来也发现有些北极熊和棕熊杂交,但亚伯达大学的顶尖北极熊专家伊安.史特灵不认为北极熊能够长期在陆地上生存,并且称这样的想法为「一厢情愿」。没有冰层的环境也可能会吸引其他来自较温暖水域的竞争者――如浮游动物(或许较少油脂、营养价值较低者)、鱼类与海豹。

冰层流失也让北极更容易受到海洋酸化侵害,海洋酸化是大气中二氧化碳含量上升的另一个后果。冷水比温水更能吸收二氧化碳,而今有更多冷水暴露在空气中。随着水质酸化,碳酸盐含量也会减少。在接下来的15年间,海水里的碳酸盐或许会变得少到不足以让海螺或阿拉斯加帝王蟹等动物形成并保持它们的碳酸钙外壳。史特灵直言,这一切的结果,就是「我们所知的北极海洋生态系将不复存在。」

海洋盆地上方更温暖的空气预计会对周围的俄罗斯、阿拉斯加与加拿大海岸造成影响,反馈效果甚至会深入内陆1400公里,包括加速格陵兰冰层融化,逐渐融化的冻原也会排放二氧化碳与甲烷。 IPCC的模型预测,到本世纪末,北半球的暖化可能有三分之一是夏季海冰消失所造成的,全球暖化则有14%因此而发生。

至于暖化的北极会如何影响北半球的气候仍不清楚。罗格斯大学大气科学家珍妮佛.法兰西斯与威斯康辛大学大气科学家史蒂夫.瓦夫鲁斯认为,美国本土的居民可能已感受到北极海冰融化的影响――尤其美东地区过去两年的寒冬,让「极地涡旋」成为家喻户晓的词汇。

极地涡旋是平时被极地喷射气流局限在北极上方的冷空气团。极地喷射气流是高空中从西到东绕极地流动的高速​​气流,能量主要来自气流北方寒冷空气与南方较温暖空气之间的温度与压力反差。根据法兰西斯的理论,海冰流失加剧了北极暖化,减少了这种温度和压力反差,弱化了喷射气流的西风;喷射气流变成像是一条缓慢迂回的河流,宽广的支流远远延伸至南方和北方。由于这些支流前进的速度缓慢,被它包围的天气型态也就变得更持久。在过去两个冬天,这种日渐曲折的气流型态造成北极冷空气在美国新英格兰滞留并出现极端降雪,也让加州干旱时间延长。融化中的北极也可能会影响其他地区的天气。韩国研究人员已发现,东亚地区冬季的极端气候与巴伦支—卡拉海域冰层流失所造成的空气环流变化有关。

法兰西斯承认,尽管这个理论简单俐落,中间仍有「模糊不清」之处。此外,许多大气动力学的研究者也无法接受这个论点。有些人认为,对于喷射气流曲折化与极地涡旋向南偏移的现象更合理的解释,应该是热带太平洋地区的影响,因为这里的热能远比北极强大。要解决这个争论,还需要多年的资料搜集与模拟。

无论如何,只要地球持续变暖,无论是哪一种寒冷天气都会愈来愈罕见。即使在接下来的20年采取严格的温室气体排放限制,海冰仍会持续减少数十年之久。几乎可以确定的是,北极气温到本世纪中还会上升摄氏4度。

6月下旬,长矛号的远征进入尾声,船上的科学家发现船身附着的最新一块浮冰已开始崩解。他们匆忙拯救器材,避免它们成为漂浮残骸。截至当时,长矛号已随冰漂流了111天,期间曾栓在不同的浮冰上,每次长达数周,总共在北极漂流了大约4000海里。一路上曾遇见北极熊,它们有时还会停下来玩科学家那些外观奇特的电子仪器;也曾有风暴把巨大的冰块铲起,高高堆在船身旁,把整艘船了起来。接下来的数年间,68位参与计画的科学家会窝在温暖的实验室里,解读所有搜集到的资料。

3月的某个早上,我加入了贡纳尔.史普林和另一位NPI研究员安雅.罗塞尔的行列,前去进行定期的浮冰厚度变化测量。我们每个人都穿上御寒装备――连身衣、头套、护目镜、手套与套在手套上的连指手套。两位科学家带了一支雪深探测器、一个全球定位系统装置,以及一辆橘色塑胶雪撬,用来运载冰层厚度测量仪器。我带着一把信号枪与.30-06口径步枪以防北极熊攻击。我们沿着1公里长的道路,迈着艰难的步伐越过沙丘般的雪堆与高压脊(因浮冰碰撞而隆起的厚片海冰)。史特林大约每隔1公尺就会停下来,将深度计插入积雪中直到发出哔哔声,显示测量已经完成为止。那天我冻到感觉不到自己的脚趾,北极暖化似乎是抽象的概念,但史普林确实在这片冰天雪地中看到改变的证据。 「这种积雪量很不寻常,」他说。我们的雪靴下有半公尺厚的雪,这是平时的两倍。一个资料点不足以代表趋势,但这个资料点的数据确实符合模型预测的结果:随着海冰范围缩小,从开放水域释出到低层大气的额外热能与水气会造成更多降雪。

陆地冰川上的降雪量增加是好事,因为冰川就是这样变大的――随着一层层的雪愈积愈厚,底部的雪就会被压缩成冰。不过海冰的形成是因为冷空气冻结了海水,而落在上方的雪会形成绝缘层,减缓海冰扩大。果然,我和史普林一起到冰上测量的两周后,位于科罗拉多州的美国国家冰雪资料中心公布,北极海冰已在2月底达到这个冬季的最大覆盖面积――比以往早了许多。这是有卫星纪录以来范围最小的海冰最大覆盖面积。





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