地球科學

逐浪北極

近年北極海域出現罕見巨浪,也帶來了一群「逐浪者」。 這群科學家想知道海浪如何影響海冰消融, 並在北極海域部署高科技儀器,追蹤海冰可能在「浪增–冰減–浪更增」 的循環下遭蠶食的過程。

撰文/哈里斯(Mark Harris)
翻譯/張雨青

地球科學

逐浪北極

近年北極海域出現罕見巨浪,也帶來了一群「逐浪者」。 這群科學家想知道海浪如何影響海冰消融, 並在北極海域部署高科技儀器,追蹤海冰可能在「浪增–冰減–浪更增」 的循環下遭蠶食的過程。

撰文/哈里斯(Mark Harris)
翻譯/張雨青


2014年夏天的楚科奇海(Chukchi sea)很不尋常,以往幾乎終年冰封的北極海域,一反常態不見冰的蹤影。3萬5000隻海象疑似找不到浮冰可立足,因而聚集在阿拉斯加西北海岸。同年9月的一天早晨,研究船諾斯曼二號(Norseman II)在離岸數百公里的海上航行,船上的海洋學家湯姆森(Jim Thomson)發現另一件怪事:船上的同伴有人暈船。


暈船在一般遠洋航行中或許司空見慣,但在楚科奇海與波弗特海(Beaufort Sea)的交界處可不然。這片偏遠海域通常沒有起浪的空間,此時卻有開闊的海域,並掀起五公尺巨浪,打得船身顛簸不已,甲板還沒入水中。在這樣的狀況下,船長無法安全地頂浪航行,只能隨波逐流。航海經驗豐富的湯姆森看到船上的研究夥伴四處跌跌撞撞、彷彿就要把午餐吐出來時,他們已身陷惡劣的天氣。他來此尋浪,而浪已現身。


湯姆森回想:「那時的浪比過去測到的、聽說的或想像中的北極海浪都要大。」他在幾個月前部署了一小群水下遙控機具以監測海域,那天正打算回收一具。他補充道:「事實上,我們一整年記錄到的最大浪高,就出現在收回機具之前約六個小時。」


北極海冰為何消融得如此之快?這個重要又棘手的謎題,也許能透過這些海浪找到解答。北極海冰現在的減少速度,比氣候模式根據過去全球暖化觀測結果所預測的還要快,若非氣候模式出錯,就是有其他事情沒有考量到。現在湯姆森與其他科學家相信,這必定與海浪有關。暖化導致冰融,給了海浪額外的生成空間,使浪花四起,浮冰群受到海浪拍打,終至碎裂消融。湯姆森在2014年投放的機具與2012年的類似,而在2012年,其中一具便曾被大浪頂高了約八公尺。


這片海域新生的巨浪,可能對全世界有深遠的影響。北極海域從加拿大與阿拉斯加北方的波弗特海與楚科奇海起,依序經過俄羅斯以北的東西伯利亞海、喀拉海及巴倫支海,再到大西洋北邊的挪威海與格陵蘭海,環繞極點一周。這片遼闊的海域中,覆冰不只影響海象的棲息地,還有洋流、乃至大氣噴射氣流的走向,左右著數千公里外的氣候。當此區的陸地邊緣不再有冰的保護,構成大部份海岸線的脆弱永凍土,恐怕也岌岌可危。


為此,湯姆森與其他100位研究人員於2014年重回北極,在寒冷的海域中部署有史以來最複雜的遙測網絡。他們的任務是執行一項數百萬美元的實驗,找出巨浪的出現對這片世上最神秘海洋的未來有何意義。


失去保護屏障的北冰洋


多年來研究人員都知道,他們錯失了北極的某件關鍵大事。科學家不管怎麼算,甚至套用極端的全球暖化條件,冰層仍年年崩解得比任何氣候模式預測的更快且廣。2007年,美國國家冰雪資料中心的氣候學家史多福(Julienne C. Stroeve)在一篇論文中寫道,聯合國跨政府氣候變遷研究小組(IPCC)所做的北極氣候模擬,幾乎沒有預測到實際所見的冰層消融情況,即使調整了模式,預測結果仍追不上冰層消融的速度。史多福說:「近來冰融速度仍高於所有氣候模式的平均值,這些模式並未真正掌握到發生了何事。」


準確的氣候模式極為重要。美國太平洋西北國家實驗室的科學家認為,北極海冰減少,意味著平時被鎖在冰層下方的熱會散逸並進入大氣,而上升的熱會擾亂噴射氣流。噴射氣流是一股疾行的高空氣流,可使得飛機在美國從西往東飛行的速度比往其他方向快。有些科學家相信,噴射氣流有如一道屏障,阻擋寒冷的北極空氣南進,一旦有了變化,就會導致極端的「極地渦旋」氣候事件,例如過去兩年冬天美國東岸城市所受的冰封之苦。


在北極冰層變薄消融之際,美國伍茲赫爾海洋研究所(WHOI)測到了波弗特海的淡水量增加。現在的淡水比40年前多了25%,這層淡水若漫進北大西洋,就會使洋流大為改變。1970年代也有類似情況,淡水層把北極海冰往南沖,阻斷能平衡區域溫度的海流,原因至今仍是個謎。有些科學家相信,類似的干擾就是過去幾次氣候變遷的起因,例如約1萬2000年前,格陵蘭冰原短短幾十年便暖化8℃左右。


海冰消融也加速了北極當前海岸線的消蝕。全球海岸線約1/3由永凍土構成,永久凍結的底土與開放海域比鄰。專門從事極地研究的德國韋格納研究所地貌學家蘭圖伊特(Hugues Lantuit)說:「這些海岸的永凍土只靠海冰凝聚,一旦失去海冰的保護,便可能快速消蝕。」波弗特海部份沿岸的消退速度已逾每年30公分。


海岸消蝕會威脅到人類住所、破壞生態、造成地層下陷,還與海洋酸化及全球暖化有關。永凍土融化時會釋出碳;這些碳來自原本凍結於土中的動植物和微生物等有機物質腐化分解,並成為二氧化碳和甲烷的來源,而這類溫室氣體也會使海洋酸化,不利海洋生物的生存。


海冰現在發生的狀況,在生意人眼中可大有商機。石油與天然氣公司在以往冰封海域中看見新的鑽探機會;若能準確預測季節性融冰量,航運業者便能利用傳說中的西北航道,從太平洋到大西洋的航程將縮短一個星期。海冰消融也引起美國海軍注意,因為北極全新開放的海域將成為國家安全上的隱憂。 總之,基於種種迫切的理由,我們必須弄清楚北極海冰為何消失無蹤。


湯姆森猜想,大浪及其對海冰的破壞力可解釋預測為何追不上現實。他說:「直到現在,海浪都沒納入系統模式中,與海洋、大氣、天氣和海冰結合以做出更佳的預測。海浪產生的力學作用就這麼遭忽略了。」蘭圖伊特也表示,科學家對於海浪的衝擊雖然尚未理解透澈,這項變因卻能解釋海岸輪廓的變化。湯姆森說:「海浪對永凍土海岸的衝擊還沒有好的模式可模擬並預測,但是基於經驗法則,可以想見:浪越大,沖蝕就越嚴重。」…………..未完


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