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地形决定命运:海平面升高并非绝对

发布时间:2013-06-25

  当遥远的城市忙于对抗上涨的海水时,你会发现自己高高在上,脚不湿鞋,低头看着退却的波涛。“在你脚下,海平面将退却100米,”地球物理学家杰里·米特罗维察(Jerry Mitrovica)说,“这很疯狂,却是真的。”

  这怎么可能?原来一切都与这样一个事实有关:海洋并不像它从远处看去那样平坦。海平面上分布着水构成的丘陵和峡谷,而不像浴缸中静置的水那样一马平川。由于坡度太缓,我们肉眼看不出这些丘陵和峡谷,但是它们的落差可达数米。

  海面上的丘陵和峡谷

  如果你认为这听起来不大可能,相信我,你绝对不是一个人,因为就连海洋学家也不曾轻易接受这个想法。不过,这种现象涉及的物理知识十分简单,其基本原理早在19世纪便已经被人们掌握:冰川还在的时候,某湖泊一侧的湖岸线似乎要比另一侧高。地球表面的任何大质量物体,从大陆到冰盖,都会对周围的水体产生巨大的引力,使水向自身的侧翼堆积。就冰盖而言,冰融化时,这种水构成的“山麓”就会沉落。1888年,美国地质勘探局工作的物理学家伍德沃德发表了一篇论文,描述了计算这种海平面变化的方法。

  几乎一个世纪之后,威廉·法雷尔(William Farrell)和詹姆斯·克拉克(James Clark)在1976年将重力效应纳入了考虑,尝试计算上一个冰期结束时,海平面随着北方大冰盖消融而发生的变化。次年,克拉克和克雷格·林格尔(Craig Lingle)使用同样的原理,推算了一旦脆弱的西部南极洲冰盖变薄或者消失,将会发生什么。他们发现,地球上大部分地区的海平面将上升,但南半球部分海域的海平面会下降,形成一种独特的全球海平面“指纹”。他们的理论被发表在了《自然》杂志上。

  现在,海洋学家依然在谈论平均海平面,然而,测量数据早就与这一假定冲突。散布于全球几百个地点的测潮计都显示出平均海平面的缓慢上升,但是地区之间的差异很大,缘由就是他们忘记了重力效应,20世纪90年代,TOPEX/Poseidon卫星第一次为我们提供了详细的全球海图,证实了海面“地形”中这些令人困惑的区域差异。比如美国的哈德逊湾每年就会升高1厘米,而曾经被迫突起的地区仍在下沉。在这些地方,海平面会相应地下降或者上升。

  米特罗维察与同事在20世纪90年代开始一起运行了一系列冰盖融化的模拟,想看一看整个地球和海洋系统会作何反应。去掉冰盖就如同在轮圈上转移重量,会改变地球这颗星球的平衡。比如说,如果格陵兰岛上的冰盖融化,地球的自转轴会朝冰盖原来所在的方向偏移大约500米。赤道的突起也会因此略微翘起。这在海平面指纹上增加了更多的起伏,在一些地方造成了足有半米的海平面升高或者降低。

  米特罗维察的团队于2001年宣布,将所有效应考虑在内之后,他们就可以解释测潮计记录下的变化趋势中的地理差异。但直到最近几年,海平面指纹才终于被海洋学家广泛关注。

  以格陵兰岛为例,观测证实,格陵兰冰盖目前消融的速率大约是南极的两倍,如果格陵兰岛的冰盖彻底消融,苏格兰北部周围的海面将会下降超过3米。冰岛周围的海面则会下降10米。尽管欧洲的大部分海岸都会出现海平面升高,但高度将会远低于可怕的7米全球平均值。不过融水总要有地方去,因此更远的地方将会出现高于平均值的抬升。南美洲遭遇最惨,将面临多达10米的海平面升高。西部南极洲冰盖的命运更加难以预料。它的大部分坐落于海平面以下几百米深的岩石上,这使得它格外脆弱。暖水融冰的效率比温暖的空气快得多。如果海洋暖流开始从下方侵蚀,失去根基的冰盖将以比格陵兰岛冰盖快得多的速率解体。从另一个方面来说,格陵兰冰盖融化造成的西部南极洲冰盖周围海平面的升高又带来了一定破坏效果,而目前格陵兰冰盖的融化正在加速。在接下来的一两个世纪中,两个冰盖都要失去大量的冰,二者的效应将会叠加起来,产生一种新的海平面指纹。

  没人能够断言还要多久才会发生同样的事情。但是至少,对于哪里的海平面上涨最严重,哪里又会下降,我们有了更加准确的了解。