大西洋經向翻轉環流流速持續減緩中,未來可能嚴重影響全球氣候

維持全球海溫與氣候系統穩定的大西洋經向翻轉環流流速自1950年開始已逐漸衰弱,若情況持續,在下一世紀到來前將達環流能夠穩定運行的臨界值,屆時全球可能出現毀滅性天氣,北美、歐洲將出現顯著降溫與長達數十年的極度低溫,北美東岸海平面也將上升、西歐則會面臨更為頻繁的劇烈天氣。大西洋經向翻轉環流過去曾停止運行,造成區域性氣候改變。影響舊石器時代晚期人類文明發展的的新仙女木期(Younger Dryas, 10,800-9600 BC)全球寒化現象便可能與大西洋經向翻轉環流的變化有關。

編譯|江柏毅

大西洋經向翻轉環流(Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC)又稱溫鹽環流(Thermohaline circulation, THC),是一個透過海水溫度和鹽度驅動的全球洋流循環系統,能夠將赤道溫暖海水輸送至全球各大洋。大西洋經向翻轉環流在大西洋的運作像是一條巨型輸送帶,以風力驅動的海面洋流(墨西哥灣流)會將赤道的低密度溫暖海水沿著北美東北部沿海一路向東北,經北大西洋暖流輸送至西、北歐沿海;輸送過程中溫暖海水在高緯度地區逐漸冷卻,並因水氣蒸發而鹽度上升、密度變高而下沉至海底,這些高密度冰冷海水接著流入洋盆,南下前往其它暖洋重新加熱循環。

雖然全球熱能主要透過大氣循環,但大西洋經向翻轉環流仍以每秒近兩千萬立方公尺海水的推動速度,維持著全球海溫平衡與氣候系統的穩定。2018年的研究顯示,自1950年開始大西洋經向翻轉環流的流速已減緩了15%,而最新由愛爾蘭國立梅努斯大學(Maynooth University)、英國倫敦大學(University College of London)和德國波茨坦氣候影響研究所(Potsdam Institute for Climate Impact Research, PIK)在Nature Geoscience期刊所聯合發表的研究氣候模型則顯示在2100年到來之前,大西洋經向翻轉環流流速可能會持續衰減34%到45%,達環流穩定運行的臨界值,屆時全球將出現毀滅性天氣(因為環流流速減緩也會影響熱帶輻合帶的海水表層溫度、水循環,以及大氣環流,對非洲、亞洲季風系統產生影響),美國東岸海平面將會上升、西歐也將面臨更為頻繁的劇烈天氣、北大西洋過去極少出現乾旱的地區出現劇烈乾旱。2004年電影「明天過後」(The Day After Tomorrow)劇情所描述的全球性毀滅氣候風暴情節其實便是大西洋經向翻轉環流失靈所造成。雖然電影情節顯得誇張,但科學家們仍警告,如若未來全球溫室氣體排放無法獲得減緩,氣候災難確實可能成真。

圖片出處:Creative Commons

 

根據伊利諾大學(University of Illinois)從格陵蘭冰芯所獲得的古代氣候資料顯示大西洋經向翻轉環流確實曾停止過,造成區域性氣候改變,格陵蘭地區氣溫降幅達華氏44度。科學家表示,「明天過後」裡紐約氣溫在一日內便降至冰點的情況雖然不可能成真,但美國東部沿海確實會有顯著的降溫,而低溫現象將長達數十年。

大西洋經向翻轉環流的衰弱並不是一夕之間發生,其實它在1800年代以前都相當穩定,但在1850年小冰河時期結束後,大西洋經向翻轉環流確實出現過變化,但當時的環流衰弱可能與人類活動無關(因為工業革命當時尚未全面開展)。至於1950年代開始的環流衰弱可能確實與人類活動及汙染有關,因為全球暖化所造成的雨量提高和格陵蘭冰川融解都使得流入海洋中的淡水量提高,影響了海水鹽度與密度,進而阻礙順著環流來到高緯度的溫暖海水在降溫後下沉至海底。

波茨坦氣候影響研究所科學家Levke Caesar表示,大西洋經向翻轉環流減速對大西洋兩岸的居民將造成多重影響。受到地球自轉影響,諸如洋流之類的移動體在北半球會向右偏移,在南半球則會向左偏移,但隨著環流的減速,洋流的偏移現象將會減弱,更多的海水會在美國東岸堆積,導致海平面上升。

自從2015年一個因洋流偏移與低層雲影響所形成的大西洋冷水區塊(cold blob)首次在格陵蘭以南被發現後,科學家們便不斷觀察到同樣的冷水區塊多次出現,他們相信冷水區塊的形成與大西洋經向翻轉環流衰弱,抵達格陵蘭以南的溫暖海水水量不足有關,但也可能與冰川融化所形成的徑流有關。

新仙女木期(Younger Dryas)是10,800-9600 BC的一段持續長達千年左右的冰期,在此之前地球一直處在第四紀冰河期末次冰盛期(Last Glacial Maximum, LGM)結束後全球氣溫逐漸升高的間冰期中。新仙女木期的出現目前原因大多指向大西洋經向翻轉環流的運作失靈,導致全球氣溫驟降,北極冰川南侵。環流運作遭到破壞的原因目前有許多種爭議性看法,如冰川融解導致大量淡水注入北大西洋、克洛維斯彗星假說(Clovis comet hypothesis)、拉赫湖(Laacher See)火山爆發假說等。新仙女木期影響了舊石器時代晚期的人類文明發展,並可能導致了新仙女木期結束後人類農業革命的產生。

 

參考資料:

  1. 2021 02. 26 Stacy Liberatore, The real-life Day After Tomorrow! What would happen in the US if the Gulf Stream stopped?
  2. 2021 02 25 L. Caesar, G. D. McCarthy, D. J. R. Thornalley, N. Cahill & S. Rahmstorf, Nature Geoscience, volume 14, pages118–120, Current Atlantic Meridional Overturning Circulation weakest in last millennium.
  3. 2005 Chris Scarre, The World Transformed: from foragers and farmers to states and empires, in Chris Scarre (ed), The Human Past: World Prehistory & the Development of Human Societies, pp. 176-199. New York: Thames & Hudson.
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