无冰的北极 人类能承受吗

这个夏天热得不寻常。更不寻常的还有和高温一起刷屏的“北极圈气温高达32℃”的新闻。越来越多的研究发现,曾经大面积覆盖在北极的海冰正在减少,目前北极海冰的体量仅为20世纪80年代的四分之一。一个无冰的北极将带来怎样的后果?这个后果人类能承受吗?

本报记者任志方

北极夏季零冰层或在2040年前发生

根据NOAA(美国国家海洋和大气管理局)的数据,2018年将是38年观测以来第四热的年份。更可怕的是,前3名并不遥远。根据NOAA公布的年度气候状况报告,榜首是2016年,亚军是2015年,刚刚过去的2017年则位列第三。

据世界各地的媒体报道,这个夏天,全世界的门诊里,被热量击倒的病人疯狂增加,今年比往年情况更为严重。全日本的医院在过去一周内接待了2.3万名相关病人,是去年记录的两倍。热是致命的,受热射病折磨的人体好像烤箱中的肉,难以回到曾经红润的健康状态。温度越来越高,脏器衰竭,最终死亡。根据美国国家环保局的统计,气象变化引发的疾病中,与炎热相关疾病的死亡率是最高的。

和难耐的高温一起刷屏的是“北极圈气温高达32℃”的新闻。北极在全球气候系统中起着非常重要的作用。北极气候的微小变化都会引起北半球乃至全球气候系统的变化,也可能引起北极域外地区的旱涝、暴风雪、冻雨等灾害性天气。

在12.5万年前,北极的气候曾经出现过比现在稍微偏暖的情况,当时的海平面比现在的状态高4到6米。而现在,一旦海平面达到这个高度,将会彻底淹没纽约的大部分地区,像旧金山、威尼斯、伦敦等世界上非常重要的城市和区域也会惨遭水淹。

类似的趋势恐怕正在重现。自20世纪70年代起,北极北部冰帽一直在萎缩,随着全球气候变暖,它的体积至今为止缩小了3/4。放眼到整个北冰洋,仅仅在过去的40年中,北冰洋夏季的海冰面积就已经萎缩了一半。全年的海冰体量也在逐步下降。目前的体量仅为20世纪80年代早期的四分之一。科学家原本推测,至少要到本世纪中叶,北极海冰的体量才会减小到如此低的程度。

美国罗格斯大学的气候学家珍妮弗·A·弗朗西斯表达了一种更为悲观的情形,她认为整个气象环境系统正在朝岌岌可危的方向演变:以目前的变化速率推算,在一个世纪以内,北冰洋就有可能在某个夏季出现海冰全部消失的情况,这种情景在过去几千年来从未发生过。而现在,情况变得更加严重,因为北极在夏季出现零冰层的现象很有可能在2040年前就会发生,这比科学家十多年前的预测足足提前了60年。

海冰的不断减少带来了恶性循环

人们普遍惊讶于今年夏天北极圈的极端高温。其实,在2016年,俄罗斯的部分北极地区就出现过明显高于平均温度的情况。NOAA在当年12月13日发布年度报告,警告北极地区气温上升较其他地方快一倍的现象,已成为新的常态。NOAA的这份年度报告指出,北极在21世纪经历史无前例的变化,海上浮冰的消失及海平面温度的下降速度均是过去1500年前所未见的。

地球两极超级寒冷,主要是因为它们获得阳光直射比低纬度地区要少很多。但还有另外一个原因:海冰是白色的,所以它将大部分的太阳光反射回了太空。这种反射性现象被称为“反照率”,通过限制它们对热量的吸收,有助于保持两极寒冷。

而海冰的不断减少,让更多的海水暴露在了太阳光下,此时海洋会吸收更多的热量,反过来又会融化更多的海冰,且进一步抑制了反照率。这就产生了一个环境反馈循环,随着被海表吸收的热量继续加热该区域,更多的海冰被融化,导致变暖进一步加剧。同时,随着更多的热量和水汽会逸散到大气中,加热大气,延缓了海冰的生成。这个恶性循环造成了近些年北极地区极端的温度上升,也解释了为什么北极升温比世界其他地区更快的原因。

海冰的变化也会影响到世界各地的天气。这是因为海洋和空气作为热引擎,在不断寻求平衡的过程中,将热量移动到两极。一种方式是大气环流,或者是大规模的空气流动。另一种“较慢”的方式则是发生在水下,洋流将热量移动到一个称为温盐环流的过程中。在温暖和盐度的局部变化推动下,改变了海洋上和陆地上的天气模式。

北极冰层戏剧性的融化,已经直接导致了北美、亚洲和欧洲的极端天气,影响了数以百万计的人。

到目前为止,北极融化和天气之间最明显的关联就是极端气候状况,如在2009年10月、2010年11月以及2013年和2014年冬天袭击北美和欧洲北部地区的强烈天气状况,创纪录的降雪,造成数十亿美元的损害。

美国麻省理工学院最新发表在英国《自然·通讯》杂志的一项研究显示,在2070年至2100年,华北平原气温将会多次迈过35℃的“门槛”,这对一些经常需要户外劳作的人,特别是家中没有安装空调的贫困家庭来说尤为危险。

或导致永冻土中休眠微生物复活

有专家说,上世纪末讨论全球变暖时,北极没有显性表现,人们认为全球变暖集中在中低纬度。但全球变暖到一定程度后,北极的开关启动了,冰面变少变薄,增温越发明显。毫无疑问,北极变暖是全球变暖的一个结果,从中低纬度到高纬度逐渐显现。

近年来北极气候发生的变化与人类活动不无关系。《科学》杂志2016年发布的一项研究显示,自上世纪60年代以来,北冰洋冰盖缩减步伐与人类温室气体排放相一致。人类向大气中每排放1吨二氧化碳,似乎就能消耗北极地区3平方米的夏季海冰。这是科学家根据现有数据得出的简单直接结果。

南北极犹如地球的“冰箱”,但目前“冰箱”门长时间打开,导致大量冷空气流向北半球。由于气候变暖,格陵兰地区的冰盖逐渐融化,包括挪威、俄罗斯在内的一些国家的冻土也开始消融,建在上面的建筑物发生垮塌,道路弯曲变形,树木也纷纷倒下。

气候变化不只影响北极,还影响全球生物,人类要忍受极端天气及昂贵的食物,甚至可能要处理气候难民问题。

科学家们很早就掌握到,北极苔原和海洋沉积物中含有大量冰冻甲烷沉积物,如果它们解冻将会释放出强力的温室气体并进一步构成气候危机。在北冰洋的边缘海楚科奇海和波弗特海的北部,研究人员就曾发现过一些神秘的甲烷气体,他们注意到这些气体在固态海冰上消失。

因为气候变暖,北极地区的生态系统也会遭遇威胁。高纬度地区的苔原提前变绿,虫卵早熟,迁徙的鸟类因此错过觅食时间。海冰缩减导致北冰洋海域浮游生物聚集,越来越多的国家和商业公司涌入北极,争夺自然资源。

此外,在永冻土的极寒环境中长期休眠的微生物如果因此复活,也将给生态系统带来新的麻烦。

近年来,全球气候变暖对冻土的影响以及冻土微生物在气候变暖中扮演的角色,受到越来越多关注。有关多年冻土融化以及微生物降解其中封存的有机质,进而导致二氧化碳、甲烷和一氧化二氮等温室气体释放的科学问题,是目前微生物生态学家关注的焦点。

最近,俄罗斯和美国的研究人员通过解冻西伯利亚的永冻土样品,成功让其中两条冰封了3万年以上的线虫苏醒。这表明,多细胞生命体在永冻土的极寒环境中长期休眠后,仍能够重新恢复生机。如果气候变化导致永冻土解冻,可能会释放出其中冰封万年、携带疾病的有害有机体,进而对人类产生威胁。

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