逍遥学能 2017-07-26 18:08
坐在格陵兰冰冷刺骨的海岸上，将你的时光机调到快进模式，度过接下来的几个世纪，你会看到你上方的庞大冰盖慢慢融化，涌向大海。这种景象本在你的预料之中，然而随着融水泄入海洋，事情却可能令你大吃一惊。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。
过去几千年来，这种海面上的地形基本上保持着一成不变，但是如今，变化已经开始了。随着冰盖的消融，海洋中不仅水量增多，那些丘陵和峡谷也要变换位置。根据可能发生的不同情况，或许波士顿和纽约将要面对大海水位新高的威胁，或许苏格兰的海浪将会退却，露出新的陆地。
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。第一个参透其中奥妙的，是为美国地质勘探局工作的物理学家罗伯特伍德沃德（Robert Woodward）。当时人们刚刚开始了解到，就在不算久远的过去，北美大部分地区还都被冰川覆盖着。
有同事请求伍德沃德帮忙解释一项令人困惑的发现：冰川还在的时候，某湖泊一侧的湖岸线似乎要比另一侧高。他意识到，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，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.
1977年的这一发现，并没有埋没于某本默默无闻的期刊。它发表在了《自然》杂志上，然而它所包含的信息，显然还是没有得到充分传播。海平面指纹的想法被忽视已久，任职于美国哈佛大学的米特罗维察说。海洋学家依然在谈论平均海平面，仿佛融化的冰盖会给全球海平面带来整齐划一的变化。直至今日，大多数号称展现了海平面升高带来的影响的地图，都是在这一过分简化的假定之上绘制的。
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。监控测潮计的人发现，海平面的变化因地而异，米特罗维察说，但他们忘记了重力效应，因此认为这是个问题。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。
一开始，海洋学家怀疑上次冰期的一种残留效应是原因所在。自19世纪起，人们就已经知道，冰盖的重量会压低地壳。地壳下沉，深层的岩石便会朝旁边挤压，使周围区域突起。当冰盖融化，重量减轻，地壳就会变回原先的形状。尽管重力效应惨遭忽视，冰期后回弹却广为人知。
曾经覆盖北美大陆和欧亚大陆的广袤冰盖重量之巨，使得下方的地面下沉了足有500米。当距今大约20000年前，这些冰开始融化时，地壳一度回弹得非常迅速。用米特罗维察的话来说，就好像松开了一根被拉长的橡皮筋。在那之后，回弹过程仍在继续，但速度慢了许多。一些地区时至今日仍在上升，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。
冰期后地形调整的模型解释了一部分测潮计记录到的区域差异，但是无法解释全部。举例来说，回弹无法说明，相对于全球平均速度，欧洲的海平面为什么上升相对较慢。海洋学家困惑不解，气候变化否认者却兴高采烈。他们把这种难以解释的数据差异，定性为气候科学的失败。米特罗维察说：怀疑论者迫使我们更加深思熟虑。他在20世纪90年代开始质疑平均分布的浴缸模型。我当时想，等一下，我们为什么要认为一切都会整齐划一？米特罗维察与同事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。除了重力和快速回弹这两大影响，这个团队还考虑了一些次要效应，比如地球自转的改变。
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，将所有这些效应考虑在内之后，他们就可以解释测潮计记录下的变化趋势中的地理差异。他说：对我们而言，那是一个欢呼雀跃的时刻。更多的人开始注意到这一成果，不过直到最近几年，海平面指纹才终于被海洋学家广泛关注。
米特罗维察说，行外人士依然会对海面地形变化的想法感到惊奇，我仍旧要耗费大量口舌，应对融化冰盖附近海平面下降这一观点造成的震惊。他所谓的附近其实相当远。重力的长程性质意味着，冰盖周围大约2000千米以内的海平面都会下落。
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。
达摩克利斯冰凌
如果你居住在距离格陵兰岛几千千米以内，纯粹从利己的角度出发，前面说的这些听上去或许还挺让人放心的然而，这些数字仅适用于这一处冰盖。世界的另一端还有一块冰盖，如达摩克利斯之剑一般高悬在我们头顶，那便是脆弱的西部南极洲冰盖。如果它也融化，将给全球海平面带来平均3至6米的升高，并为海洋留下一个迥异的印记。
南极洲周围的海平面将会下落。南美洲最南端周围的海平面会轻微上涨。但是，世界上大部分海滩将出现超过全球平均值的上涨。美国东海岸格外背运，抬升将比平均值高出25%.除此之外，那里恰恰又是上次冰期过后地壳仍在缓慢下沉的地点之一，下沉的速度是每年2至3毫米。
那么，我们究竟会看到什么样的景象？观测证实，格陵兰冰盖目前消融的速率大约是南极的两倍，这对欧洲来说似乎是个好消息。可是，关键在于接下来又会发生什么。最近的研究表明，格陵兰冰盖的彻底融化是不可避免的，除非实施某种地质工程修理。然而，一般认为这些冰的融化要耗时几个世纪甚至上千年。没人能够确知对过去消融事件的研究与此关系不大，更不用说现在世界气候变暖之迅猛乃是前所未有。
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。
与米特罗维察共事的研究生纳塔利娅戈麦斯（Natalya Gomez）提供了一点安慰。她说：观察到海平面指纹中冰盖周围引人注目的海平面下降之后，我们意识到这对冰盖的稳定性肯定有显著影响。如果海平面下降，接触到暖流的冰就会更少。他们发表于的计算表明，冰融化造成的当地海平面下降，对于冰盖的消融来说，是一种减缓其速率的负回馈（详见《自然地球科学》，第3卷，850页）。米特罗维察说：这是个最新，也最令人激动的逆转。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。
距今130000年前至114000年前的上次间冰期，似乎发生过同样的事情。当时全球平均气温比工业革命前高1至2℃我们的气温将在大约本世纪中叶升高至这一水平。根据古代海岸和珊瑚礁之类的线索，人们曾经认为，当时的平均海平面比现在高4至6米单是格陵兰冰盖就足以造成这种规模的洪水。但是，这一分析忽略了区域差异。
2009年，美国普林斯顿大学的罗伯特柯普（Robert Kopp）领导的一个团队，根据已知所有会影响局地海平面的因素，重新分析了这些数据，米特罗维察也参与其中。他们的结论是，当时的平均海平面或许比今天高8米以上。米特罗维察说：这意味着，当时融冰的体积相当于西部南极洲冰盖和格陵兰冰盖之和。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。如果你想要一个无需担心海水上涨的滨海之地，格陵兰是你最好的选择。只是，不要期望大海会留在你身旁。