10米高的海浪讓Joellen Russell措手不及。在新西蘭南部考察時(shí)，風(fēng)浪重重?fù)舸蛑目瓶即?ldquo;我們被卷入了水山，船好像隨時(shí)會(huì)粉碎。”美國(guó)亞利桑那大學(xué)海洋學(xué)家Russell回憶道。兇猛的波浪曾差點(diǎn)讓她跌出船外。

但讓她真正震驚的是海水分析傳感器數(shù)據(jù)流。隨著船身不停地傾斜，她意識(shí)到海洋表面正在缺氧，碳在增加且非常酸——這是深海富營(yíng)養(yǎng)水上升到海面的標(biāo)志。結(jié)果是，Russell的腳下是幾個(gè)世紀(jì)未曾“露面”的古老海水。

盡管Russell在1994年的遭遇備受爭(zhēng)議，但現(xiàn)在這種海水上涌被認(rèn)為是南大洋的特點(diǎn)。而南極洲周圍的這種神秘旋渦是由全球最大的持續(xù)風(fēng)驅(qū)動(dòng)的。南大洋能從大氣中吸收大量的二氧化碳和熱量，從而放緩全球變暖的速度。而且，其強(qiáng)大的洋流驅(qū)動(dòng)了全球大部分海洋循環(huán)。

但嚴(yán)酷的自然條件數(shù)十年來(lái)讓海洋學(xué)家對(duì)這里“望而卻步”，不過(guò)，現(xiàn)在有了變化。全世界研究人員利用浮標(biāo)、系泊系統(tǒng)、船只、滑翔機(jī)、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)模型，甚至傳感器，對(duì)這里進(jìn)行研究。他們計(jì)劃填補(bǔ)龐大的數(shù)據(jù)空白，并弄清南大洋的功能，這將有助于提高預(yù)測(cè)全球變暖、南極冰架融化和海平面上升速度的能力。

“信息爆炸令人驚訝。”曾于上世紀(jì)60年代領(lǐng)導(dǎo)過(guò)南大洋科考的哥倫比亞大學(xué)拉蒙特—多爾蒂地球觀測(cè)所海洋學(xué)家Arnold Gordon說(shuō)，“新技術(shù)讓我們能接近這里。”

海洋浮標(biāo)獲取的原始數(shù)據(jù)顯示，不斷上升的海水可能限制南大洋每年的二氧化碳吸收量。這提出了一個(gè)新問(wèn)題：這些海水能在多大程度上阻止未來(lái)全球變暖的到來(lái)。“南大洋是研究氣候變暖的重要地區(qū)。”英國(guó)南極調(diào)查局海洋學(xué)家Michael Meredith說(shuō)。

追蹤碳排放

數(shù)個(gè)世紀(jì)以來(lái)，南大洋的秘密吸引了無(wú)數(shù)探索者，但這里獨(dú)特的環(huán)境讓船只難以進(jìn)入。

上世紀(jì)80年代，科學(xué)家才意識(shí)到這里對(duì)控制全球氣候變暖的重要性。研究人員一直在試圖解釋，為何冰川時(shí)代末期大氣二氧化碳濃度降低約1/3以及稍后濃度升高。一直以來(lái)，科學(xué)家推測(cè)，海洋吸收了由全球變暖產(chǎn)生的約93%的額外熱量，以及約26%由人類排放的二氧化碳，但并不清楚這些熱量和碳到底去了海洋的哪個(gè)地方。

美國(guó)普林斯頓大學(xué)海洋學(xué)家Jorge Sarmiento意識(shí)到，南大洋洋流和生物可能有助于降低或提高地球溫度。

南極周圍水域似乎是地球上不受全球變暖影響的少數(shù)區(qū)域之一。美國(guó)宇航局（NASA）2015年發(fā)布研究報(bào)告稱，南極洲增加的冰比融化的冰更多。報(bào)告稱，南極冰蓋正在增厚，比冰川融化損失的冰更多。

Sarmiento和同事首次收集了南大洋控制碳量的化學(xué)和生物過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。利用新數(shù)據(jù)，該團(tuán)隊(duì)檢驗(yàn)了自己的模型，并改進(jìn)了對(duì)二氧化碳如何在空氣和海洋中移動(dòng)的估計(jì)。間接證據(jù)顯示，南大洋是一個(gè)碳匯網(wǎng)，吸收了自工業(yè)革命以來(lái)人為二氧化碳排放量的15%。但在一年中的某些時(shí)間，在某些海域，富碳的表層水會(huì)數(shù)次將二氧化碳釋放到空氣中。

目前，海洋學(xué)家能借助多個(gè)國(guó)際檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)南大洋研究。例如，斥資2100萬(wàn)美元的南大洋碳和氣候觀測(cè)及建模項(xiàng)目（SOCCOM）已經(jīng)布放了51個(gè)機(jī)器人浮標(biāo)，監(jiān)測(cè)南極洲周圍海域中海水化學(xué)及生物活性的若干個(gè)指標(biāo)，追蹤流入南大洋的大量二氧化碳?xì)怏w。于2014年發(fā)起的SOCCOM由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)提供資助，將在南大洋運(yùn)行6年。項(xiàng)目科學(xué)家的最終目標(biāo)是擴(kuò)大到全世界的海洋。

另外，海洋學(xué)家還在使用國(guó)際Argo陣列3900多個(gè)浮標(biāo)提供的數(shù)據(jù)。這些自動(dòng)探測(cè)器能夠定期下潛至水下2000米的深度，并在重新升到海面之前測(cè)量溫度與鹽度數(shù)據(jù)，之后將它們的觀測(cè)結(jié)果發(fā)送至一顆人造衛(wèi)星。

現(xiàn)在，研究人員能近乎實(shí)時(shí)地觀測(cè)南大洋變化，在冬季尤其如此。“我們立刻能看到二氧化碳流入空氣中，這比我們之前預(yù)想的要多。”Sarmiento說(shuō)，“這是一個(gè)大變革。”

僅基于13個(gè)浮標(biāo)的尚未出版的研究顯示了在至少1年中南大洋海水發(fā)生了何種變化。研究人員提出，現(xiàn)在的問(wèn)題是，冬季二氧化碳釋放量升高是否代表了整個(gè)南大洋的更大趨勢(shì)？

“這讓人十分好奇。”普林斯頓大學(xué)博士后研究員Alison Gray說(shuō)，“這也暗示著南大洋的碳匯能力比預(yù)想的弱。”

英國(guó)丁鐸爾中心主任Corinne Le Qur在2007年發(fā)表于《科學(xué)》雜志的研究顯示，南大洋的碳吸收率在1981年至2004年間下降。作者將這歸咎于南極季風(fēng)的變化。

如果這一趨勢(shì)持續(xù)下去，未來(lái)大氣中的二氧化碳水平將快速上升。不過(guò)，去年刊登在《科學(xué)》雜志的研究指出，該大洋的碳匯能力從21世紀(jì)初期開(kāi)始提高。無(wú)論如何，SOCCOM將幫助研究人員回答這些問(wèn)題。

變暖的海水

碳只是南大洋故事的一部分。

南大洋是洋流網(wǎng)絡(luò)的起始點(diǎn)，洋流能從洋底帶來(lái)水、熱量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在南極洲附近，表層海水變冷且密度升高，于是逐漸下降，形成深海流。2010年，研究人員分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，深海海水出現(xiàn)顯著的變暖趨勢(shì)，這里吸收了全球變暖導(dǎo)致的多余熱量的約10%。

海洋深處的變暖令人驚訝，研究人員提出了圍繞南大洋的數(shù)種解釋。一個(gè)因素可能是，南極洲附近的表層海水鹽度下降，部分原因是夏季降水的增多。新鮮的表層水密度低，這是因?yàn)闉楹４蔡峁┑木S持底部洋流的冷水減少。“沒(méi)有足夠的冷水供給，因此底部海水變熱。”美國(guó)海洋和大氣管理局（NOAA）海洋學(xué)家Gregory Johnson說(shuō)。

一個(gè)基于第三輪船只考察初步數(shù)據(jù)的未發(fā)表研究也發(fā)現(xiàn)了類似趨勢(shì)。但研究人員計(jì)劃進(jìn)行更頻繁的測(cè)量，以便描繪更全面圖景。如果計(jì)劃中的國(guó)際項(xiàng)目能更進(jìn)一步，這就有可能實(shí)現(xiàn)。最新的“Deep Argo”項(xiàng)目將布設(shè)大量測(cè)量深度遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)的浮游設(shè)備，這為科學(xué)家研究深水熱量打開(kāi)了全新的視角。

也有科學(xué)家正在使用系泊設(shè)備研究深海水流。自1999年起，Gordon就在維護(hù)威德?tīng)柡５囊幌盗邢挡丛O(shè)備。該海域也是研究表層冷水下降形成海底洋流的主要海域。他表示，在一些區(qū)域，深水在逐漸變“淡”，但長(zhǎng)期趨勢(shì)尚不明顯。

“我們對(duì)底部海水如何變化及其對(duì)全球洋流的影響只知皮毛。”他說(shuō)。

崖邊漫步

2015年1月，海洋學(xué)家乘坐澳大利亞破冰船“南極光號(hào)”奔赴南極，他們擁有一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)。隨著冰層的破裂，他們抵達(dá)了托滕冰川的邊緣。衛(wèi)星觀測(cè)資料顯示，該冰川在過(guò)去15年間出現(xiàn)變薄跡象。

研究人員使用了浮標(biāo)和滑翔機(jī)研究托滕冰川附近和下部的海水，讓他們驚訝的是，冰川前部的海水比底部冰點(diǎn)的水熱3℃。

科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)溫暖海水將西南極洲部分冰架切割開(kāi)來(lái)。不過(guò)，澳大利亞南極氣候和生態(tài)合作研究中心海洋學(xué)家Steve Rintoul表示，托滕冰川考察能提供第一手資料，從而研究同樣影響東南極洲的相同過(guò)程，并提出該大陸巨大冰原壽命的新問(wèn)題。

目前仍不清楚何種因素加熱了表層洋流。有科學(xué)家認(rèn)為是南大洋季風(fēng)變化和溫暖海水上涌所致。也有人聚焦新的表層水和一些區(qū)域的海冰變化。“包括我在內(nèi)的所有科學(xué)家都有自己偏向的理論。”Gordon說(shuō)，“但科學(xué)是：你觀測(cè)的越多就越復(fù)雜。”

要找出答案可能需要更多的南極洲“原住民”的幫助。Meredith團(tuán)隊(duì)計(jì)劃為韋德?tīng)柺虾１b上傳感器，以便在它們潛入冰架下覓食時(shí)收集海水?dāng)?shù)據(jù)。“這些海域十分重要但卻難以測(cè)量，而海豹突擊隊(duì)能夠穿越障礙。”Meredith說(shuō)。

獲得數(shù)據(jù)只克服了一半障礙，最終科學(xué)家還需要改進(jìn)洋流在全球范圍內(nèi)傳播熱量、二氧化碳和營(yíng)養(yǎng)物方式的模型。但無(wú)論如何，就像Russell所說(shuō)的，“對(duì)海洋學(xué)家而言，現(xiàn)在正是好時(shí)期。”