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May. 25 2013

如履薄冰

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  • 如履薄冰

為了追蹤海冰變化,挪威籍研究船長矛號於2015年隨著海冰一起漂流五個月,完成了從北極冬季延續到春季的難得旅程。2月底,天色暗示著太陽即將到來。Photograph by Nick Cobbing

撰文:安迪.艾薩克森 Andy Isaacson
攝影: 尼克.寇賓 Nick Cobbing


覆蓋北冰洋的海冰並不是地圖上描繪的一大塊白色冰層,而是如拼圖般破碎的流動浮冰,持續因風與洋流的力量而相互撞擊、變形與斷裂。2015年2月,我隨著一艘歷史悠久的挪威籍海洋研究船長矛號出航,當它在可容船身通過、迷宮般的冰間裂隙間行駛時,我站在甲板上發抖。舉目所及都是冰雪覆蓋的白色不毛之地,一路綿延至地平線。鋼製船身穿過鋸齒狀的大塊浮冰。長矛號當時正在尋找一塊可以附著的堅固海冰,讓船能繼續隨著浮冰在冰凍的海面上漂流,記錄北極海冰的命運。

 

在過去一個世紀裡,北極地區的氣溫平均增加大約攝氏3度,是全球平均值的兩倍以上。海冰覆蓋的面積減少許多,有海冰的地方,冰層也變得更薄,而且成了季節性結冰而非厚實古老的浮冰。結果產生了一個影響深遠的反饋循環:由於每到夏季,會吸收更多陽光的深色海水取代了白色海冰,造成海水和空氣進一步升溫――讓融冰現象更加嚴重。「北極會最先變暖,而且變暖最多、最快,」蓄著長鬍子的挪威極地研究所(NPI)國際處長金.霍爾蒙說;長矛號就是由NPI營運。根據氣候模型的預測,最快在2040年夏季,人類就有可能航越無冰水域直達北極點。

 

北極海冰會將太陽光反射回太空中,幫助地球降溫。因此,北極海冰消融免不了會影響北極以外地區的氣候與天氣,但確切影響為何仍不清楚。要提出更準確的預測,就要有關於海冰與海冰漂移不定且不均勻的分布情況更完整的數據。「大部分的科學研究船都在夏季前往北極,我們擁有的野外資料也多集中在這段期間,」我在長矛號上遇到的NPI海冰物理學家貢納爾.史普林說,「從冬季到春季發生的持續變化,是我們對海冰的認識上很大的缺口。」在長矛號執行任務的五個月期間,輪番上陣的國際科學家會在海冰的整個季節性生命週期間進行監測――從海冰在冬季形成到夏季融化為止――藉此調查海冰消融的前因後果。

 

攝影師尼克.寇賓和我從NPI北極計畫的基地,即位於斯瓦巴群島斯匹茲卑爾根島的隆雅市,分別搭乘破冰船和直升機登上長矛號,在幾天後航向北緯83度俄羅斯領土以西的地方。科學家選中了一片半公里寬、主要由季節性冰形成的浮冰為研究對象。船員用尼龍繩將船拴在鑽入冰裡的粗大金屬柱上,然後把主引擎關掉。孤立在近乎永夜裡的我們,開始了在冰漠荒原裡長達一個月隨波逐流的旅程。

 

這些科學家在浮冰上打造營地,搭起帳棚並鋪設電線。包括史普林在內的物理學家用雷射繪製冰的地形圖,記錄冰上積雪的厚度與溫度;海洋學家搜集水與洋流的資料;氣象學家搜集氣象數據並測量溫室氣體;生物學家尋找冰藻。數週後,露臉的太陽開始穿透逐漸融化的浮冰,科學家就能觀察生態系甦醒的景象。氣溫經常驟降到攝氏零下30度,科學家必須面對手指變麻、電線斷裂與電子儀器損壞的挑戰,以及四處遊蕩的北極熊所帶來的危險。

 

2007年,聯合國氣候變遷政府間專家委員會(IPCC)提出警告,氣候變遷在下個世紀對北極的衝擊,「會超過預期中對其他許多地區的衝擊,而且會產生在全球造成重大影響的反饋。」將近十年過後,這個令人憂心的預言已獲得證實。北極大概是氣候變遷影響最為嚴重的地區。永凍層正在融化,隨著森林線北移、灌木和草入侵凍原,北極的植物愈來愈多;某些北極熊、海象與馴鹿族群也大量減少。

 

自1979年有衛星紀錄以來,北極失去的冰已超過原有體積的一半,總面積和厚度都減少許多。冰凍區的面積會在夏末9月時縮減到全年最小。2012年9月,冰凍區的範圍只剩下1980與1990年代平均值的一半。冬季海冰涵蓋範圍通常會在3月到達最大,如今也在縮小,只是速度比較慢;冰層的平均厚度已減少了一半。原本厚度多有3到4公尺、並會持續存在多年的浮冰(稱為多年冰),已變成大片較薄且較不具反射性的冰層,在一年內形成並融化。海冰的覆蓋範圍會自然消長,但科學家大多相信,人類排放的溫室氣體正使海冰加速消融。

 

逐漸消融的是一整個生態系。海冰消逝可能會對一些行光合作用且位於海洋食物鏈最底層的生物造成負面影響。這些單細胞藻類生存在冰層之下、待春天陽光照耀時才大量生長,由於冬季冰層消退的速度更快、時間更早,改變了這些藻類生長的規模與時間,這又可能會干擾到橈足類這種富含脂肪的小型浮游動物的生命週期,牠們以藻類為食,自己則成為北極鱈、海鳥與弓頭鯨的食物。對海洋哺乳動物如北極熊、太平洋海象與環斑海豹來說,失去數十萬平方公里的海冰已造成了災難性的後果。

 

根據預測,在本世紀接下來的時期,這些失去棲地的動物會完全失去競爭優勢。舉例來說,隨著北極熊撤退到不斷減少的夏季殘餘海冰上,虎鯨可能會取代北極熊,成為北極最頂端的海洋捕食者。雖然北極熊有時會在陸地上活動,近年來也發現有些北極熊和棕熊雜交,但亞伯達大學的頂尖北極熊專家伊安.史特靈不認為北極熊能夠長期在陸地上生存,並且稱這樣的想法為「一廂情願」。沒有冰層的環境也可能會吸引其他來自較溫暖水域的競爭者――如浮游動物(或許較少油脂、營養價值較低者)、魚類與海豹。

 

冰層流失也讓北極更容易受到海洋酸化侵害,海洋酸化是大氣中二氧化碳含量上升的另一個後果。冷水比溫水更能吸收二氧化碳,而今有更多冷水暴露在空氣中。隨著水質酸化,碳酸鹽含量也會減少。在接下來的15年間,海水裡的碳酸鹽或許會變得少到不足以讓海螺或阿拉斯加帝王蟹等動物形成並保持牠們的碳酸鈣外殼。史特靈直言,這一切的結果,就是「我們所知的北極海洋生態系將不復存在。」

 

海洋盆地上方更溫暖的空氣預計會對周圍的俄羅斯、阿拉斯加與加拿大海岸造成影響,反饋效果甚至會深入內陸1400公里,包括加速格陵蘭冰層融化,逐漸融化的凍原也會排放二氧化碳與甲烷。IPCC的模型預測,到本世紀末,北半球的暖化可能有三分之一是夏季海冰消失所造成的,全球暖化則有14%因此而發生。

 

至於暖化的北極會如何影響北半球的氣候仍不清楚。羅格斯大學大氣科學家珍妮佛.法蘭西斯與威斯康辛大學大氣科學家史蒂夫.瓦夫魯斯認為,美國本土的居民可能已感受到北極海冰融化的影響――尤其美東地區過去兩年的寒冬,讓「極地渦旋」成為家喻戶曉的詞彙。

 

極地渦旋是平時被極地噴射氣流局限在北極上方的冷空氣團。極地噴射氣流是高空中從西到東繞極地流動的高速氣流,能量主要來自氣流北方寒冷空氣與南方較溫暖空氣之間的溫度與壓力反差。根據法蘭西斯的理論,海冰流失加劇了北極暖化,減少了這種溫度和壓力反差,弱化了噴射氣流的西風;噴射氣流變成像是一條緩慢迂迴的河流,寬廣的支流遠遠延伸至南方和北方。由於這些支流前進的速度緩慢,被它包圍的天氣型態也就變得更持久。在過去兩個冬天,這種日漸曲折的氣流型態造成北極冷空氣在美國新英格蘭滯留並出現極端降雪,也讓加州乾旱時間延長。融化中的北極也可能會影響其他地區的天氣。韓國研究人員已發現,東亞地區冬季的極端氣候與巴倫支—卡拉海域冰層流失所造成的空氣環流變化有關。

 

法蘭西斯承認,儘管這個理論簡單俐落,中間仍有「模糊不清」之處。此外,許多大氣動力學的研究者也無法接受這個論點。有些人認為,對於噴射氣流曲折化與極地渦旋向南偏移的現象更合理的解釋,應該是熱帶太平洋地區的影響,因為這裡的熱能遠比北極強大。要解決這個爭論,還需要多年的資料搜集與模擬。

 

無論如何,只要地球持續變暖,無論是哪一種寒冷天氣都會愈來愈罕見。即使在接下來的20年採取嚴格的溫室氣體排放限制,海冰仍會持續減少數十年之久。幾乎可以確定的是,北極氣溫到本世紀中還會上升攝氏4度。

 

6月下旬,長矛號的遠征進入尾聲,船上的科學家發現船身附著的最新一塊浮冰已開始崩解。他們匆忙拯救器材,避免它們成為漂浮殘骸。截至當時,長矛號已隨冰漂流了111天,期間曾栓在不同的浮冰上,每次長達數週,總共在北極漂流了大約4000海里。一路上曾遇見北極熊,牠們有時還會停下來玩科學家那些外觀奇特的電子儀器;也曾有風暴把巨大的冰塊鏟起,高高堆在船身旁,把整艘船了起來。接下來的數年間,68位參與計畫的科學家會窩在溫暖的實驗室裡,解讀所有搜集到的資料。

 

3月的某個早上,我加入了貢納爾.史普林和另一位NPI研究員安雅.羅塞爾的行列,前去進行定期的浮冰厚度變化測量。我們每個人都穿上禦寒裝備――連身衣、頭套、護目鏡、手套與套在手套上的連指手套。兩位科學家帶了一支雪深探測器、一個全球定位系統裝置,以及一輛橘色塑膠雪撬,用來運載冰層厚度測量儀器。我帶著一把信號槍與.30-06口徑步槍以防北極熊攻擊。我們沿著1公里長的道路,邁著艱難的步伐越過沙丘般的雪堆與高壓脊(因浮冰碰撞而隆起的厚片海冰)。史特林大約每隔1公尺就會停下來,將深度計插入積雪中直到發出嗶嗶聲,顯示測量已經完成為止。那天我凍到感覺不到自己的腳趾,北極暖化似乎是抽象的概念,但史普林確實在這片冰天雪地中看到改變的證據。「這種積雪量很不尋常,」他說。我們的雪靴下有半公尺厚的雪,這是平時的兩倍。一個資料點不足以代表趨勢,但這個資料點的數據確實符合模型預測的結果:隨著海冰範圍縮小,從開放水域釋出到低層大氣的額外熱能與水氣會造成更多降雪。

 

陸地冰川上的降雪量增加是好事,因為冰川就是這樣變大的――隨著一層層的雪愈積愈厚,底部的雪就會被壓縮成冰。不過海冰的形成是因為冷空氣凍結了海水,而落在上方的雪會形成絕緣層,減緩海冰擴大。果然,我和史普林一起到冰上測量的兩週後,位於科羅拉多州的美國國家冰雪資料中心公布,北極海冰已在2月底達到這個冬季的最大覆蓋面積――比以往早了許多。這是有衛星紀錄以來範圍最小的海冰最大覆蓋面積。

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