2011年9月18日 星期日

小冰河期的成因之一,歷史上新仙女木期的可能發生原因之一~~溫鹽環流受阻~!

了解過去控制氣候變化的因素,我們或許可以預測未來的變化。
冰河期的發生,至今仍是自然科學的一個謎。雖然科學家已相當肯定地球的繞日軌道和自轉軸的變化,與冰河期的發生有密切的關係,但這些變化並不會改變太陽的入射能量,只改變了入射陽光的分布,卻能引起地球上氣候極大的變化,這令科學家十分困惑。
這 顯示了地球的氣候系統可能相當脆弱、容易受到環境變化的影響。然而環境因素與氣候的關係,科學家了解得很有限,但唯有了解控制氣候的機制,才有可能預測: 當環境變化日趨劇烈之時,氣候會有怎樣的變化?人類應當如何因應?我們可以從自然界的「氣候實驗」去探討環境與氣候的關係。

1987 年十月五日至六日在哥倫比亞大學的拉蒙-杜赫蒂地質觀測所(L-D GO),召開了一次氣候研究研討會,主題是「冰河融水改道進入北大西洋引起了一次小冰河期嗎?」(Was the Younger Dryas triggered by a diversion of melt water from Mississippi to St. Lawrence?),由布若克(W. S. Broecker)教授主持。按照路地曼(W. Ruddiman)教授的說法,上一次冰河期在14,000年前開始融冰,然而冰河的融化並不是一氣呵成,而是冰河退卻(融化)一部分,又再前進(再凝 結),退退進進一番之後,才完全消去。歐洲許多地方(特別是大西洋沿岸)湖泊中的花粉紀錄,顯示在11,000~10,000年之間,木本植物的花粉減 少,而草本植物的花粉增加。這本是冰河期的現象,但融冰時期有此現象,很不尋常。於是就用其中一種具代表性的草本植物Dryas為代表,將這時期稱作 Younger Dryas,以別於真正的冰河期。科學家們希望了解,什麼原因造成了融冰期的這一短暫(但也持續一千年左右)的小冰河期。


布 若克教授提出的假說是:「當北美洲的冰河融水順著聖勞倫斯河衝入北大西洋時,造成了這次的小冰河期。」他表示這好像是自然界的一次氣候實驗:當環境改變 時,氣候會如何反應。北大西洋是世界海洋中,形成深水團的地區之一〔另一地點在南極附近的威德海(Weddell Sea)〕。通常北大西洋的海水因為蒸發快而降雨少,故鹽度很高;當高鹽度的水在冰島附近海域遇冷,海水的密度就會增大而下沈。表面的水下沈就推動深水向 南流,並引起南面的表層水向北流。

據估計,引入的水平均溫度為10℃而下沈的水為2℃,則每一克流經北大西洋而下沈的水,放出8卡的熱。當冰河融水衝入北大西洋時,使得表層水的鹽度降低,縱使遇冷,也不下沈,因為密度不夠大。這斷絕了原本向北流的南面暖水,使得歐洲地區又再度陷入了冰河期。

問 題是為什麼在11,000年前才發生,而不是一融冰(14,000年前,就發生呢?由圖二可知在冰河期,加拿大完全埋在冰中。冰河剛開始融化時,融冰是向 南流,經過密西西比河流入墨西哥灣。當冰河退到五大湖以北時,大部分的冰河融水就流入五大湖,再經過聖勞倫斯河流入北大西洋。加拿大曼尼托巴 (Manitoba)大學的泰勒(J. Teller)教授研究冰河遺跡,利用碳-14定年定出冰河融水改道所通過的隘口的冰,是11,000年前左右退去,使得在五大湖以西一個很大的古湖── 艾格西茲湖(Lake Agassiz)--的水得以流入五大湖,繼而順聖勞倫斯河而下。

其 他有什麼證據可以支持這種假說呢?加州大學聖塔巴巴拉分校的肯尼特(J. Kennett)教授,研究墨西哥灣中奧卡(Orca)海盆沈積物中,有孔蟲的氧同位素變化,發現在12,000多年前,有冰河融水混入海洋的紀錄,但在 11,000年左右,突然沒有了,後來才又有氣溫上升的現象。伍茲荷(Woods Hole)海洋研究所的凱格溫(L. Keigwin)發現,百慕達外海沈積物中的有孔蟲所含碳-13和鎘在11,000千年前左右,卻有異常現象;碳-13含量下降而鎘含量上升,顯示深洋海 水主要是南極底水(Antarctic bottom water),而北大西洋深水則很少。
這 許多的工作都需要精確的碳-14定年,目前最新穎的碳-14定年法是利用加速器當作質譜儀(AMS)來定年。巴黎大學的巴德(E. Bard)提出了一些深海沈積物定年的數據。當細細考查陸上及海洋的年代時,發現這許多事件雖然時間大致差不多,但並非完全配合。另外的問題是,許多海洋 沈積物中並沒有上述的變化,Younger Dryas事件在北美洲的證據並不多,而在大西洋、南太平洋、南美洲卻似乎有相關事件(由花粉研究得知)。這些都與北大西洋的變化不太配合,因此,需要進 一步研究,到底這事件牽涉的範圍有多大。
假 如以上的證據都是真的,那麼由環境變化引起氣候變化的機制到底如何呢?普林斯頓大學地球流體動力學實驗室(GFDL)的真鍋(Suki Manabe)博士,提出了一個海-氣耦合大循環模型(coupledocean-atmosphere general circulation model)。他發現,洋流循環可以有兩種穩定模式,一個是像目前一樣的模式(即:海水對流的下沈區發生於威德海及北大西洋);另外一個是只有一個下沈區 (威德海)的模式,大西洋變得跟太平洋一樣,沒有深洋海水的形成。假如洋流在第一種模式時,突然有大量淡水衝入北大西洋,使表水不再下沈,則洋流就會跳入 另一個循環模式,縱使淡水流入量減少,洋流仍停留在第二模式。
問題是,為什麼Younger Dryas事件只延續了一千年,而不是一直延續至今?有人說,可能模型中一些次要的因素或方程式中的高次項未考慮進去;第二種穩定模式並不是真正完全穩定,而是會逐漸變為第一種模式,或者是穩定性較差,容易「不小心」跳回第一種模式。

新仙女木期是一次地球急遽降溫事件,在12800年前發生。但在8150年前,也發生了另一次的地球降溫事件,在溫暖的冰後期氣候背景下,氣溫忽然下降。它發生在8440年-8150年之間,持續不過兩百多年,而且氣溫下降的幅度、波及的範圍遠遠不及新仙女木事件。而這次急遽降溫的產生據說也與溫鹽環流受阻檔有強烈的關係。


溫鹽環流是什麼呢?是 一個依靠海水的溫度和含鹽密度驅動的全球洋流循環系統。這個系統的運作現況是,以風力驅動的海面水流如墨西哥灣暖流等將赤道的暖流帶往北大西洋,暖流在高 緯度處被冷卻後下沈到海底,這些高密度的水接著流入洋盆南下前往其他的暖洋位加熱循環,一次溫鹽循環耗時大約1600年,在這個過程中洋流運輸的不單是能 量(溫度 / 熱能),當中還包括地球固態及氣體資源等,不過溫鹽環流最受人類關注的是其全球恆溫的功能。溫鹽環流推測主要是由於北大西洋及南冰洋之間的鹽分及溫差對流 而觸發的。



新仙女木事件和8200年冷事件的時候,很有可能是由於北大西洋暖流減弱、中止而造成上述一系列後果。
北 大西洋暖流中止的原因是全球變暖。為什麼呢?因為,在氣候變暖的條件下,格陵蘭和北歐的冰雪(主要還是格陵蘭的)會大量融化,注入北大西洋。這些冰雪融水 是淡水,因此本該變得又冷又鹹的北大西洋暖流的末梢卻變淡了。氣溫升高也使它不能變得像以前那樣冷。所以到了格陵蘭島南端的時候,北大西洋暖流的密度還是 那麼小,並不比周圍的海水重,於是無法下沉。既然這個地區的海水無法下沉,那麼南邊的海水也就沒法北上,就像堵車一樣,更南邊的海水、以致於印度洋、太平 洋的海水也沒法向這邊流動。於是,溫鹽環流就死了。也就是說,當大量淡水湧入北大西洋的時候,溫鹽環流就有停止的危險。

溫鹽環流流經很多海區和緯度,並且它的流量是很大的,所以它充當了在不同緯度之間運送熱量和水汽的角色。在從低緯度流到高緯度的時候,溫鹽環流帶來熱量和水分,這對於處在高緯度的挪威、英格蘭等地區是十分珍貴的。同樣處在高緯度,北歐卻沒有阿拉斯加、西伯利亞那麼寒冷,就是這個原因。不僅是北歐,幾乎整個歐洲、北美大陸的溫和氣候都受惠於北大西洋暖流。如果它中斷了,那麼冰川就會在這個地區發育,首先是挪威中部的高山(格利特廷山脈)、阿爾卑斯、北美的阿拉巴契,然後,以這些地方為中心,冰川在大陸上鋪展開來,覆蓋波羅的海,覆蓋北歐和北美的廣大地區,分別形成冰期時的斯堪第那維亞冰蓋和勞倫泰冰蓋。冰蓋生長過程中,還會由於冰雪大量反射太陽光而造成地球對太陽能的吸收能力下降,引起進一步降溫。如此一來,小冰河期便會降臨~~!

溫鹽環流既然如此重要,那讓我們來看看他在過去一年發生了什麼事??
各位不知記不記得2010年4月20日的墨西哥灣漏油事件,那時世界都關注著墨西哥灣的漏油情形,怕對當地的海洋和陸地生態造成影響。在大家關住漏油的同時,你們可能沒想到海底下的改變更是劇烈。墨西哥灣暖流負責將赤道的暖流帶到北大西洋,也為北歐地區帶來了熱能~!
但就在這一事件中,墨西哥灣暖流受到了嚴重的重創~!下面我將給大家看一系列的墨西哥灣洋流照片,來看看他們發生了什麼事~!
                                                  正常的墨西哥灣流取自2004年9月5日
                                                                     2010年7月28日

                                                      2010年8月1日
                                                          2010年8月4日
                                                           2010年8月8日
                                                           2010年8月15日

                                                           2010年8月18日

                                                           2010年8月22日

由這上面得圖片,我們應該可以很清楚的看到,墨西哥灣暖流正在逐漸減少當中,而這會帶來什麼後果,我們上面已經解釋的很清楚了~!那現在我們來看看2010年的冬天,全世界發生了什麼事。

英 國 2010年12月是 120年來最寒冷的 12月,由月初至周二的平均溫度僅-0.8℃,比正常氣溫低 6℃之多。氣象家蓋斯( Brian Gaze)說:「全月氣溫低於零度很罕見,對上一次在全年任何一個月出現這情況的是 1986年。」他預測指這個「小冰河時期」將延續至2011年 3月,鑑於 1月和 2月向來比 12月更冷,令這個冬天可能是 327年來最寒冷的一個。 

德國2010年12月與以往同期相比,降雪量創下過去110年來新高。

美國2011年2月1日遭受暴風雪襲擊,波及30個州,橫跨3000多公裡,區域覆蓋美國本土一半,三分之一人口受影響。美國國家氣象局介紹,中部和東北部一些州積雪厚30厘米至60厘米。中西部災情尤為嚴重,不少地區積雪超過50厘米,一些建筑“不堪”承受積雪之重,出現險情。伴隨著冷雨和強風,中西部氣溫驟降,部分地區2日晚最低氣溫零下20多攝氏度。




韓國首爾地區的最低氣溫下降到攝氏零下17.4度,創下2001年以來的最低紀錄。釜山的最低氣溫也降至零下12度,是1915年(零下14度)以來的最低氣溫。



全球多地都受極端天氣影響,先是歐洲英國 雪災嚴重,繼而是澳洲 昆士蘭鬧洪災;中國則是「南濕北旱」、南部多省備受凍雨困擾,菲律賓 和巴西 東南部亦爆洪災,至於美國 更罕有出現幾乎全面降雪的情况。美國罕有地幾乎全面降雪,全國50州,有49個州昨都有積雪,包括夏威夷(夏威夷大島的白山火山頂部錄得降雪),只有佛羅里達沒錄得新雪。氣象學家弗里茨向CNN表示,這種情况「非常不正常」。

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