潜在气候灾害

 

　　如果格陵兰冰盖的消失，那将是人类首当其冲要面对的潜在气候灾害，而且其融化已经在毫无争议、同时又在剧烈地进行之中。在格林兰地区，其冰川封冻的表面上形成的巨大的湖泊，大量的水通过冰与冰之间的缝隙注入了冰盖中，由此加快了冰川滑入海洋的速度。在过去的4个夏季中，平均每年流失3800亿吨到4900亿吨的冰，超出它在冬季所能获得的1500亿吨的冰量。

 

　　这可不是一个小数字，不过与格陵兰岛290万立方千米的总冰量比起来至今还算不上什么。如此巨大的冰量使得格陵兰冰盖不会出现突然消失的情况。但是如果存在来自外界的干扰因素，那么第一个消融的就会是格陵兰岛。格陵兰岛本身可以说是冰河期留给我们的“遗物””，当时造就它的气候环境已经一去不复返。即使排除人为的变暖因素，如果目前的格陵兰冰盖行将消失的话，那么以当前的气候状况，格陵兰岛将不再会有冰盖形成——这一片冰盖其实就是一份遗产，只是这份遗产在时间上来的有点尴尬，而且相当的脆弱。

 

新的研究表明，格陵兰岛的冰盖正在以一种缓慢的速度趋于融化

 

　　问题是它究竟有多脆弱？到目前为止格陵兰冰盖是否已经升温，进一步的升温是否已经把它送上了一条不归路？如果情况还没有达到这个程度，那么我们距离这个转折点还有多远？当然，格陵兰冰盖不会在明天或者下一个世纪就消失，但是在几千年的时间尺度上考虑这个问题，就需要慎重对待现在已经出现的气候变化。最近的一份政府间气候变化专业委员会（IPCC）综合报告指出，早先的科学报告里所给出的对海平面升高的估计中并没有完全考虑到格陵兰冰盖现在正在经历的变化。换句话说，IPCC已经把格陵兰岛看成是全球性灾害的一个潜在发源地。

 

　　但是至今这些急待需要回答的问题依然没有找到答案。这里面所需要的理论和模型还远没有完善。部分原因是缺少观测数据，因为好的数据可以清晰地向我们展现出变化的趋势。尽管每年夏天整个格陵兰岛会聚集大量试图探明冰盖融化过程和趋势的科学家，但是这其中缺少一个系统而长期的、可以全面回答格陵兰冰盖正在发生什么的计划。“我们所拥有的数据可以用来回答是什么在背后驱使格陵兰岛产生这些变化的吗？”俄亥俄州立大学的冰川学家伊恩·豪厄特（Ian Howat）说，“回答是绝对不行。”

 

 

重力的诉说

 

　　为了从最佳的角度来审视格陵兰冰盖的融化，需要进入太空并且寻求重力的帮助。重力反演与气候实验（GRACE）卫星是由美国和德国共同研发的，其轨道高度为500千米，通过不断地交换微波信号，两颗卫星之间可以精确地测量彼此之间的距离。在任何一个时刻，由于下方的物质对这两颗卫星的引力会有不同，因此它们之间的距离就会不断地变化。由此造成的微小距离变化可以用来反演计算出整个地球的重力场分布。

 

　　GRACE的数据已经向世人展示了亚马逊盆地的水流随着季节是如何变化的，以及季风为亚洲的哪个含水层带去了充沛的水量。同时GRACE也会为格陵兰和南极洲冰盖流失提供新的信息。“我们手头上的大量有关格陵兰的数据，”科罗拉多大学的冰川学家康拉德·斯蒂芬（Konrad Steffen）说，“都得益于GRACE。”

 

　　对于每年夏天有多少冰融化目前还存在一些争议。加利福尼亚大学欧文分校的伊萨贝拉·维利科格纳（Isabella Velicogna）领导着一个科学家小组对此进行了研究。他们采用了大尺度的方法，即以30天为周期对GRACE提供的全球重力数据进行平衡。他们最近的一次估计显示，格陵兰岛每年有2110亿吨冰流失，主要集中在格陵兰岛的南部。“毫无疑问，事情变化比我们预想的快，”维利科格纳说。与此同时，美国航空航天局（NASA）戈达德航天中心的斯科特·卢思克（Scott Luthcke）则根据两颗卫星之间的距离变化计算出地面小尺度范围内物质随时间变化得到的初步结果是，包括2007年夏季在内，格陵兰岛每年损失的冰量为1540亿吨。尽管这两个结果看上去差异很大，但是两个小组都强调，随着时间的推移，这两种方法得到的结果会越来越接近。“尽管在数据处理上我们采用了截然不同的两种方式，但是最后的结果在误差范围内彼此吻合，”卢思克说，“格陵兰岛确实有大量的冰正在流失。”

 

　　GRACE同时也提供了冰流失量年份变化线索，尤其是2007年夏季，格陵兰岛表面温度达到了4～6℃（高于往年的平均温度），直接导致了5000亿吨冰的融化。这个值比2006年大30%，比2005年也大了4%，卢思克说：“2007年是令人震惊的一年。”与此同时，其他的卫星观测数据也支持了GRACE的结果。在2007年12月在旧金山召开的美国地球物理联合会会议上，维利科格纳公布的结果表明，“冰、云和陆地海拔”卫星（ICESat）获得的格陵兰冰盖海拔高度的变化数据支持了GRACE的结论。

 

 

上升中的格陵兰

 

　　目前如此之大的格陵兰冰盖在冰河期仅仅是一个更为庞大的冰原的一部分。这个冰原向南可以延伸到俄亥俄山谷，向东可以抵达乌拉尔山脉。如此巨大的质量把地壳压入了密度更高的地幔中。尽管当时绝大部分的冰早已融化，但是高纬度地区的大部分地壳还没有恢复到原来的位置。例如，由于高密度地幔对低密度地壳的浮力作用，斯堪的纳维亚半岛每年会上升9毫米，而这一正在发生的“冰后回弹问题”会给分析GRACE的数据带来不少的困难。

 

　　也许不久的将来一个全球定位系统（GPS）接收机网可以为此提供一些帮助。按照这一计划的领导者、俄亥俄州立大学的迈克尔·贝维斯（Michael Bevis）提供的消息，2007年夏季一个由美国、丹麦和卢森堡科学家组成的小组在格陵兰岛边缘没有冰且由岩石组成的地区安装了24个GPS基站（这些接收机可以测量格陵兰岛的岩床随着时间上升的情况）。格陵兰GPS网（GNET）是极地观测网（POLENET）的北半球部分，POLENET的目标是在两极测量冰后回弹以及其他的现象。按照计划，GNET最终在格陵兰安装50个基站。“我们必须大幅度地完善冰后回弹模型，否则GRACE对格陵兰和南极所获得的测量结果的价值极为有限，”贝维斯说。

 

格陵兰岛冰盖表层融化，下降为冰川锅穴

 

　　在格陵兰地区，一些厚重的冰流会通过峡湾注入周围的大海。十年前，科学家们认为这些注出冰川从冰盖中心向下运动的速度非常缓慢。但是近年来，冰川移动的速度就像过山车，忽快忽慢。一切都从十多年前最大的注出冰川——雅各布港（Jakobshavn Isbrae）冰川——开始（来自于这个冰川的冰山撞沉了“泰坦尼克”号游轮）。雅各布港冰川位于格陵兰岛西岸，在1992年到2003年间，该冰川的运动速度从每年5.7千米加速到了每年12.6千米。“这真是惊人的变化，”华盛顿大学应用物理实验室的冰川学家伊恩·乔因（Ian Joughin）说，“十年前没有人会预料到格陵兰最大的注出冰川的速度会翻倍。”冰川运动的速度越快意味着有更多的冰会注入大海，与此同时，中心冰盖也会变得越来越薄。

 

　　在东海岸，格陵兰岛的另外两条大型注出冰川也开始了加速运动。黑尔黑姆（Helheim）冰川和康格尔隆萨克（Kangerdlugssuaq）冰川分别于2002年和2005年开始加速，但这一过程充满了反复。以黑尔黑姆冰川为例，由于前锋融化的速度大于新的冰的注入速度，在2001年到2003年间，黑尔黑姆冰川后退超过了3千米。随着冰量得到补充，之后在2005年黑尔黑姆冰川再次开始向前推进。乔因及他人怀疑，注出冰川的前后反复与冰川挤压通过的峡湾地形有很大的关系。冰川会一寸一寸地向前推进，直到它注入海洋的最前端崩解成为冰山。这一过程可以释放出冰川内部的应力。

 

　　但是这一过程并没有看上去的那么简单。过去，冰川向前推进，由于注入海洋的部分过长进而崩解形成了冰山。但是现在，在向大海推进的过程中冰川就发生了崩解。这一现象意味着什么目前还不清楚，但是它确实说明冰川的运动模式已经和几年前相比发生了根本的改变。“这是我们无法预言的，”斯蒂芬说。

 

　　另一个研究的方向是海洋温度——与空气温度相对——对注出冰山的影响。豪厄特说，2003年夏季海洋的温度较高，这恰好对应了注出冰川急剧加速的时期。但是对海洋温度和冰川退缩之间相关性的研究还很少。“海洋在我们的地图上完全是一片空白，”豪厄特说，“巨大的格陵兰冰盖为大海所环绕，很自然地你想知道在水里到底发生了什么？”一些科学家已经把这个问题作为他们的下一个研究方向。

 

 

重返埃姆间冰期

 

　　突然出现的变化导致了一些人对以前的冰盖动力学模型产生了疑问。冰盖动力学模型认为，即使是快速的变化也要花上几个世纪的时间。“在过去短短的5年时间里，我们就发现了冰川正在瓦解，所以我们的模型完蛋了，”豪厄特说。但是预言这一过程到底进行到了什么程度并不是一件容易的事情。如果你想通过你的模型可靠地预知未来，那么就必须严密监测你的模型中所发生的自然过程。布鲁塞尔自由大学的冰川学家菲利浦·哈伊布莱希茨（Philippe Huybrechts）说：“目前还无法建立冰川模型，因为观测数据远远不够。”科学家们也许在冰川上能看到冰川锅穴的形成或者是注出冰川的崩解，但“那仅仅是你在某个季节中的某几个星期在某个地点所看到的情况，”哈伊布莱希茨说，“目前还没有办法把这些观测结果推广到整个冰盖，进而用于冰川活动预报。”

 

爱斯基摩人在格陵兰岛西南海湾中，那里的海冰因气候变暖在减少

 

　　目前，全世界的冰川学家正忙于解释格陵兰岛已经发生的事情，还无暇顾及将要发生的事情。但是一些人正在改变这一状况。堪萨斯大学的科尼利斯·范德维恩（Cornelis Van der Veen）正在尝试改进冰盖模型。他的想法是，先把重要而未知的东西梳理出来，然后各个击破。“一个注出冰川的加速并不意味着就是世界末日，”他提醒说，但是如果一个地方所有的注出冰川都在加速，那么这就说明有一些我们尚未知晓的事情正在发生。而且这绝对不是花几个月就能搞清楚的事情。”

 

　　“在搞清楚冰川为什么加速之前，你很难建立冰川加速的模型”，哥本哈根大学的多尔特·达赫-杰森（Dorthe Dahl-Jensen）说，“观测是第一步，认识是第二步、建立模型、预报未来是第三步。我们目前正处于第二步，试图认识现象背后的机制。”借助古气候学研究，达赫-杰森正领导一个小组计划在未来几个夏季去格陵兰西北部钻取2500米深处的冰芯样本。这一“北格陵兰埃姆间冰期钻探”计划将填补格陵兰岛几十年来在12万年前埃姆间冰期、也就是最近一次间冰期的古气候资料上的空白。

 

　　达赫-杰森认为，了解格陵兰岛在埃姆间冰期时的情况有助于科学家认识在温暖的气候条件下格陵兰冰盖的运动行为（埃姆间冰期时格陵兰岛的温度比现在大约高5℃，但是海平面比现在高1～2米），“对这一间冰期冰芯进行更多的采样也许能有助于搞清楚，在埃姆间冰期温度高于现在的情况下是什么因素使得格陵兰冰盖能够依然得以保存的。”

 

　　但是这并不是鼓舞人心的消息，因为全球变暖的效应在两极地区会被放大。只要全球温度平均升高2.5℃，格陵兰岛即可升温5℃，而前者的可能性是极大的。此外，另一个重要的原因是最近发现格陵兰岛北部的海冰已急剧减少。格陵兰海域漂浮的海冰由于其温度低加之反射率高，可以起到制冷的作用。但是这一制冷作用对格陵兰岛究竟起了多大的作用，目前还不清楚。

 

 

长远的眼光

 

　　采集过去和现在的数据也许可以帮助我们解开格陵兰冰盖的未来之谜。但是现在，事情似乎正在变得越来越复杂。每一年都会获得新的数据，于是每一年都会对与格陵兰彼此联系在一起的冰盖动力学、流量、冰川涌浪有新的认识。“我们眼前的信息实在太多了，”缅因州大学的冰川学家利·斯特恩斯（Leigh Stearns）说，“每个夏天都会给我们带来一些截然不同的东西。”不过即便我们所能获得的信息十分丰富，它依然缺乏系统性。诚然，格陵兰岛真正的危险在于完全融化，而真正有价值的工作是可靠地预知融化所需要耗费的时间以及由此造成的海平面升高的程度，但是对格陵兰岛的研究目前还远没有覆盖到冰盖的每一个角落和每一条冰缝。

 

温暖的气候使得冰缘软化，格陵兰岛雪橇犬活动的季节也缩短了

 

　　从长远来看，人造卫星应该可以提供最清晰的观测资料。Terra和Aqua卫星，再加上欧洲的环境卫星（Envisat）以及其他的地球表面监测卫星，目前正定期地监测注出冰川的前进和后退。期间尽管存在一些反复，ICESat上的测高仪还是发现了格陵兰冰盖正在变薄。ICESat的下一代ICESat-II目前已经投入使用了。同时，欧洲空间局也正准备发射冰层厚度测量卫星——“冰”卫星（CryoSat）——的下一代卫星，第一代“冰”卫星在2005年发射过程中发生了爆炸。

 

　　另外，即使你有了合适的卫星，也不是每件事情都能在太空中完成的，而且目前只有为数不多的科学家把格陵兰岛作为他们的主要研究对象。因此在从今往后的几十年里，这极有可能导致在资源分配上出现最缺乏远见的不公现象。北极地区的气候变化速度已经超出了人们的预期，豪厄特指出，“这可能是人类看到过的地球表面最大的变化。了解并且应对这一变化对地球上的冰量有何影响无疑是当前的首要任务，这是一个急需研究的关键课题。”