更新时间:2023-10-29 08:00
地球70%的面积是海洋。这广大无垠的水域对全球的生态系统产生了深远的影响。长期以来,科学家就一直试图指出海洋对气候变化产生的重要影响。日前,澳大利亚的科学家发现了一条“深海通道”。它连接着南半球的三个大洋盆地。并将研究结果发表在《地球物理快报》上。科学研究人员相信,深海洋流的发现将有助于我们了解海洋是如何控制气候的。
近几年来,科学家在世界各地的大洋中发现了一些重要的洋流,类似新几内亚沿岸潜流(NGCUC,New Guinea Coastal Undercurrent)、棉兰老潜流(MUC,Mindanao Undercurrent)以及南北半球和各大洋之间海水的交换等。这些新发现补充和丰富了已有的海洋环流理论。
不过发现还未穷尽。澳大利亚的科学家在经过50多年的研究后,在南半球发现了一个从未为人所知的深海通道。这一深海洋流穿过塔斯曼海,流经塔斯马尼亚,直达南大西洋。此前的研究,使科学研究人员认为南半球的海洋是全球气候变化之肺———因为这里吸收了近三分之一的二氧化碳。而新的研究表明,新发现的这条深海通道是世界气候系统的机房———只是以前从来没有发现过。
肯·里奇威(Ken Ridgway)是澳大利亚国家科学与工业研究组织(CSIRO)的科学家。他指出,这股洋流从塔斯曼海流出,平均深度为800米-1000米,在传送带对气候变化方面发挥着重要的作用。洋流是海洋中海水从一个海区水平或垂直地流向另一个海区的大规模的非周期性运动。而在塔斯马尼亚以南,深海洋流形成了一个交汇点,连接着南半球海洋的主要海底洋流。由于从塔斯曼海流出,研究人员将新发现的深海通道命名为“塔斯曼流”。
这项研究经历了50多年。1950年至2002年,研究小组便通过研究船、海洋监测机器及卫星在南纬60°和赤道之间的海域收集数据,得到了数以千计的温度和盐度的数据样本。根据数据样本的分析,研究人员确定南半球海洋涡旋之间有一个连接纽带。这一连接纽带又形成一个全球规模的超级涡旋,在三大海洋盆地间传送水。
里奇威等研究人员相信,这一“深海通道”的发现将有助于我们了解海洋究竟是如何影响气候变化的。
“在每一个海洋中,水流大致以逆时针方向旋转,或是沿着海洋盆地的边缘旋转。”里奇威指出,由此这些涡旋能从大海深处向大陆架斜坡输送营养。它们还带动全世界海洋的流动,把热带地区的海洋热量输送到极地地区,或者形成洋流和潮汐以帮助平衡气候系统。比如,西太平洋暖池就是通过印度尼西亚贯通流(Indonesian Through Flow)将热量从太平洋传输到印度洋,进而到北大西洋。
“互相连接的涡旋系统和澳大利亚东部水流形成了一种机制,使得大西洋地下水和南极中部水在海洋盆地间流动。”研究人员相信,这一“深海通道”发现的同时,一个世界气候变化的机房也暴露在了我们面前。
事实上,海洋对气候变化的影响还不仅仅于此。海洋上表层3米的海水所含的热量就相当于整个大气层所含热量的总和。海洋环流将在低纬度区从太阳吸收的热量向极地方向输送,调节地球表面的气候。海洋还是地球上最大的碳库,囊括了地球碳总储量的93%,是大气的50倍,陆地生态系统的20倍。现在,全球大洋每年从大气吸收二氧化碳约20亿吨,占全球每年二氧化碳排放量的1/3左右。
有科学研究人员甚至发现引潮力很大时,深海凉水会上升至海洋表面,并逐渐吸收二氧化碳,由此调节全球气温。所以,引潮力也被称为地球的恒温器。
海洋中和海洋边缘的地震也是调节气候的恒温器之一。强烈的地震波造成洋底大面积震动,并往往引起巨大的地震海啸。而这两种原因都可使海洋深部的冷水迁到海面,使水面降温。海水降温可吸收较多的二氧化碳,从而使地球气温降低。类似,赤道两侧有8.5级海震时地球上气温会降低,缺乏这种大海震时地球上气温升高。
国际学术界已形成了共识:海洋占据71%以上的地球表面,对全球气候具有举足轻重的调节作用。长期以来,科学家们就一直试图寻求海洋是如何影响地球气候的。
“洋流就是海洋中的‘河流’,尽管海水不停地运动着,但并不是所有的海水都以同样的速度流动,而是集中在某些狭窄海域的流速较大形成洋流,这就有点类似于陆地上的河流。”我国的物理海洋学者管玉平博士在接受记者采访的时候解释说。
科研人员研究表明,这些海域主要靠近陆地的西岸。距我国最近的著名洋流是西北太平洋的“黑潮”———这个世界第二大洋流因其从空中看去呈蓝墨色而得名,它南起菲律宾的吕宋岛附近经我国台湾岛以东洋面流向日本以东的外海。
“暖的洋流在流动过程中向大气释放热量,冷的洋流在流动过程中从大气吸收热量,洋流的作用之一就是这样通过与大气的热量交换来调节气候。”管玉平说,“其实,洋流携带着大量的营养盐、二氧化碳等物质,对全球的生态系统也有着重要影响。”
气象与海洋学家已经确认:上层海洋对气候变化影响的时间尺度为2至7年,例如大家熟悉的厄尔尼诺现象。科学家认为,海洋对10年以上时间尺度的气候变化的影响因素应该到深海去寻找。
“相对表层洋流来说,深海洋流多指海平面1000米以下的海水流动,这是我们看不到的。”管玉平介绍说。“但是,深海洋流对世界气候的影响是长期的,即所谓的大洋输送带效应。”
澳大利亚的科学家总结50多年的观测资料发现,在南半球存在一个鲜为人所知的“深海通道”。这股洋流从塔斯曼海流出,平均深度为800-1000米,进入印度洋。研究人员将其称为塔斯曼流。
“印尼贯穿流是公认的联系太平洋和印度洋的纽带,它使太平洋的海水通过印度尼西亚流入印度洋。而这支从太平洋经过塔斯曼海流向印度洋的中层洋流,无疑,会在气候变化方面发挥着重要的作用”,管玉平解释说。
传统观点认为海水的温度密度差异导致产生深海洋流
洋流的形成有许多原因,主要原因是由于长期定向风的推动。世界各大洋的主要洋流分布与风带有着密切的关系。
传统观点认为,深层的海水与表层的海水一样会持续地运动,但两者的流动型态却相当不同。深海洋流是一种所谓的“温盐环流”是借着海水密度的变化而上下运动。
这种观点认为,海水在温度较低或盐度较高时密度比较大,可以下沉到相当深的地方。当它与周围的海水密度相同时,便达到了平衡点而不再下沉。此时会转而往水平方向移动。这股既冷又咸的海水,可以下沉至海平面下数几千米处,而上方原来的空间则借着表面海流来加以补充。“这就是所说的深海洋流的热机原理。”管玉平解释说。
“在每一个海洋中,水流大致以逆时针方向旋转,或是沿着海洋盆地的边缘旋转。”肯·里奇威指出,由此这些涡旋能从大海深处向大陆架斜坡输送营养。它们还带动全世界海洋的流动,把热带地区的海洋热量输送到极地地区,或者形成洋流和潮汐以帮助平衡气候系统。比如,西太平洋暖池就是通过印度尼西亚贯通流将热量从太平洋传输到印度洋,进而到北大西洋。
“互相连接的涡旋系统和澳大利亚东部水流形成了一种机制,使得大西洋地下水和南极中部水在海洋盆地间流动。”研究人员相信,这一“深海通道”发现的同时,一个世界气候变化的机房也展现在了我们面前。
我国科学家认为深海洋流的产生是因为风吹动海水通过“接力棒”把能量传达到深层的海水而造成
针对海水密度变化产生深海洋流的观点,管玉平研究员提出了他不同的观点,“通过我们的研究发现,真正引起深海洋流并不是热机原理。”
管玉平研究员认为,风能是产生深海洋流的源动力。“风吹动海水通过‘接力棒’把能力传达到深海。”管玉平说,“原来观点认为,风吹动海面只能引起500米的海水流动,但是,我们研究发现,风能通过某种类似‘接力棒’的物质传递到深达1000米左右的深海区域,成为产生深海洋流运动的机械能。”
“研究深海洋流的方法主要有实验室模拟、计算机模拟和深海实地检测。”管玉平研究员介绍说。
前几年,国外的科学家在实验室模拟深海洋流的运动机理,但是,这种方法不能用来解释实际问题,只能对科学家提供一个思路。
深海实地检测需要花费大量的经费,研究人员需要在怀疑存在洋流的海平面以下1000米处放置若干个检测仪,用来监测海水的流动。“这种研究方法在美国、欧洲等一些发达国家才能采用。”管玉平研究员介绍说。
“我们采用的是在计算机里模拟的方法,这是现在各国科学家普遍使用的方法。”管玉平研究员介绍说。管玉平研究员的这一研究成果,推翻了以前学者有关深海洋流的产生机理。