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大洋傳送帶又叫溫鹽環流和熱鹽環流,是全球尺度的深海流動現象。它控制著全球大洋90%的水體,對地球氣候系統起著至關重要的調節作用,且可能是觸發氣候突變的因素之一,近年來受到了學術界的重視,而一部好萊塢大片《後天》也使其得到廣大公眾的關注。

1 大洋傳送帶 -基本理論

大洋傳送帶大洋傳送帶

大洋傳送帶是一種全球性的溫度、鹽度循環系統。又稱為「溫鹽環流」和「熱鹽環流」。高鹽度的低溫海水在北大西洋北部下沉,自深海向南流動返回赤道,一直到達環南極。它在南大西洋、南印度洋及南太平洋上升至海水表層,流向北大西洋、印度洋及北太平洋,匯合成一支溫暖且鹽度低的洋流,自熱帶太平洋向西穿過印度洋,繞過非洲南部,最後到達大西洋一直向北,從而形成一個閉合的環流。其中,在北大西洋海域,海水表層向北,深層向南的傳送有著特別重要的意義,它不斷地將低緯度地區赤道附近的熱量和鹽度低的海水帶到中高緯度的海域,從而緩和了北半球中高緯度地區溫度的變化,維持著全球氣候系統的平衡。

大洋傳送帶是根據深部水體的年齡測定發現的。表層水與深層水大約每2000年圍繞地球循環一圈。 地質歷史中,大洋傳送帶流的變化可以引起如電影《後天》所描繪的環境巨變。

2 大洋傳送帶 -環境影響

「大洋傳送帶」的循環依賴於海水中溫度和鹽度的差異,而全球變暖將會威脅到它的運轉。因為全球變暖會直接導致北半球中高緯度地區冰川融水和降水的大量增加,並使得北大西洋海水暖化,這就削弱了北大西洋與赤道海水之間的溫度和鹽度差別,進而使得「大洋傳送帶」衰減,甚至可能停滯。這種情況一旦發生,龐大的洋流循環系統就會崩潰,北半球中高緯度地區將急劇變冷,並導致整個地球氣候發生紊亂。

現代大洋熱鹽環流的一個顯著特徵是洋盆間處於不對稱狀態,這主要體現在北大西洋有活躍的深水形成,而北太平洋僅能形成中層水,其深水是源於南極形成的底水和北大西洋形成的深水,並通過混合作用處於上升狀態。受熱鹽環流不對稱的影響,北大西洋海表的平均溫度高於同緯度北太平洋海表溫度,導致北大西洋可以向其上方的大氣釋放更多的熱量和水氣,在盛行風的影響下使處於北大西洋東岸的北歐比同緯度其它地區的氣候要溫和宜人得多。

3 大洋傳送帶 -多種平衡態

1、太平洋無深水生成而大西洋有深水生成的現代大洋熱鹽環流狀態

2、太平洋有深水生成而大西洋無深水生成的現代大洋熱鹽環流狀態

3、太平洋和大西洋都有深水生成的現代大洋熱鹽環流狀態

4、太平洋和大西洋均無深水生成的現代大洋熱鹽環流狀態

4 大洋傳送帶 -研究歷史

斯托梅爾最早提出了深海洋流的全球結構。

Gordon對溫躍層中的迴流傾向取道圍繞非洲的「暖水路徑」進行描述。

1906 年美國地質學家Cham berlin首先意識到深海對氣候的影響。

1956 年,美國海洋學家斯托梅爾從理論上預言大洋深海環流存在著對應不同氣候的多平衡態。

之後Bryan用理想的單洋盆數值環流模式驗證了該理論結果,即在同一強迫下單洋盆環流系統至少有3 種平衡態。

5 大洋傳送帶 -相關分析

古氣候學家認為,在地質史上,「大洋傳送帶」的停滯影響全球氣候的情況早有先例。約12900年前,當時正值冰期後期,全球氣候逐漸回暖,但這一變化趨勢卻被突如其來的持續1300年的寒冷期打斷,后稱這一時期為「新仙女木」時期。研究發現,在「新仙女木」時期初,北半球大陸地區的平均溫度曾劇降70C,而在此時期末又陡升100C。科學家普遍認為,正是因為「大洋傳送帶」的停滯,才導致北半球陸地的降溫.從而延長了整個地球的冰期。 

目前,科學家們對「大洋傳送帶」何時停滯還僅限於猜測。有人認為如果到2100年全球平均溫度上升70C的話。「大洋傳送帶」將可能停滯;而有人則認為按照目前北極冰川的融化速度,不用150年「大洋傳送帶」將完全停滯。至於「大洋傳送帶」的停滯是否會引發「冰期來臨」尚無定論。目前科學研究的確表明,「大洋傳送帶」消亡會導致地球北半球中高緯度地區溫度下降,甚至達到冰期的程度;但是同時它也會使赤道地區進一步變暖。   

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