10米高的海浪讓JoellenRussell措手不及。在新西蘭南部考察時，風浪重重擊打著她的科考船。“我們被卷入了水山，船好像隨時會粉碎。”美國亞利桑那大學海洋學家Russell回憶道。兇猛的波浪曾差點讓她跌出船外。

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，她意識到海洋表面正在缺氧，碳在增加且非常酸——這是深海富營養(yǎng)水上升到海面的標志。結果是，Russell的腳下是幾個世紀未曾“露面”的古老海水。

盡管Russell在1994年的遭遇備受爭議，但現(xiàn)在這種海水上涌被認為是南大洋的特點。而南極洲周圍的這種神秘旋渦是由全球最大的持續(xù)風驅(qū)動的。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，其強大的洋流驅(qū)動了全球大部分海洋循環(huán)。

但嚴酷的自然條件數(shù)十年來讓海洋學家對這里“望而卻步”，不過，現(xiàn)在有了變化。全世界研究人員利用浮標、系泊系統(tǒng)、船只、滑翔機、衛(wèi)星、計算機模型，甚至傳感器，對這里進行研究。他們計劃填補龐大的數(shù)據(jù)空白，并弄清南大洋的功能，這將有助于提高預測全球變暖、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60年代領導過南大洋科考的哥倫比亞大學拉蒙特—多爾蒂地球觀測所海洋學家ArnoldGordon說，“新技術讓我們能接近這里。”

海洋浮標獲取的原始數(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。這提出了一個新問題：這些海水能在多大程度上阻止未來全球變暖的到來。“南大洋是研究氣候變暖的重要地區(qū)。”英國南極調(diào)查局海洋學家MichaelMeredith說。

追蹤碳排放

數(shù)個世紀以來，南大洋的秘密吸引了無數(shù)探索者，但這里獨特的環(huán)境讓船只難以進入。

上世紀80年代，科學家才意識到這里對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，科學家推測，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地方。

美國普林斯頓大學海洋學家JorgeSarmiento意識到，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。美國宇航局（NASA）2015年發(fā)布研究報告稱，南極洲增加的冰比融化的冰更多。報告稱，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和生物過程的實時數(shù)據(jù)。利用新數(shù)據(jù)，該團隊檢驗了自己的模型，并改進了對二氧化碳如何在空氣和海洋中移動的估計。間接證據(jù)顯示，南大洋是一個碳匯網(wǎng)，吸收了自工業(yè)革命以來人為二氧化碳排放量的15%。但在一年中的某些時間，在某些海域，富碳的表層水會數(shù)次將二氧化碳釋放到空氣中。

目前，海洋學家能借助多個國際檢測網(wǎng)絡展開南大洋研究。例如，斥資2100萬美元的南大洋碳和氣候觀測及建模項目（SOCCOM）已經(jīng)布放了51個機器人浮標，監(jiān)測南極洲周圍海域中海水化學及生物活性的若干個指標，追蹤流入南大洋的大量二氧化碳氣體。于2014年發(fā)起的SOCCOM由美國國家科學基金會提供資助，將在南大洋運行6年。項目科學家的最終目標是擴大到全世界的海洋。

另外，海洋學家還在使用國際Argo陣列3900多個浮標提供的數(shù)據(jù)。這些自動探測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量溫度與鹽度數(shù)據(jù)，之后將它們的觀測結果發(fā)送至一顆人造衛(wèi)星。

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

僅基于13個浮標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)在的問題是，冬季二氧化碳釋放量升高是否代表了整個南大洋的更大趨勢？

“這讓人十分好奇。”普林斯頓大學博士后研究員AlisonGray說，“這也暗示著南大洋的碳匯能力比預想的弱。”

英國丁鐸爾中心主任CorinneLeQur在2007年發(fā)表于《科學》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的變化。

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

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)絡的起始點，洋流能從洋底帶來水、熱量和營養(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，這里吸收了全球變暖導致的多余熱量的約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，這是因為為海床提供的維持底部洋流的冷水減少。“沒有足夠的冷水供給，因此底部海水變熱。”美國海洋和大氣管理局（NOAA）海洋學家GregoryJohnson說。

一個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。但研究人員計劃進行更頻繁的測量，以便描繪更全面圖景。如果計劃中的國際項目能更進一步，這就有可能實現(xiàn)。最新的“DeepArgo”項目將布設大量測量深度遠高于標準的浮游設備，這為科學家研究深水熱量打開了全新的視角。

也有科學家正在使用系泊設備研究深海水流。自1999年起，Gordon就在維護威德爾海的一系列系泊設備。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”，但長期趨勢尚不明顯。

“我們對底部海水如何變化及其對全球洋流的影響只知皮毛。”他說。

崖邊漫步

2015年1月，海洋學家乘坐澳大利亞破冰船“南極光號”奔赴南極，他們擁有一個獨特的機會。隨著冰層的破裂，他們抵達了托滕冰川的邊緣。衛(wèi)星觀測資料顯示，該冰川在過去15年間出現(xiàn)變薄跡象。

研究人員使用了浮標和滑翔機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的水熱3℃。

科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)溫暖海水將西南極洲部分冰架切割開來。不過，澳大利亞南極氣候和生態(tài)合作研究中心海洋學家SteveRintoul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程，并提出該大陸巨大冰原壽命的新問題。

目前仍不清楚何種因素加熱了表層洋流。有科學家認為是南大洋季風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)的所有科學家都有自己偏向的理論。”Gordon說，“但科學是：你觀測的越多就越復雜。”

要找出答案可能需要更多的南極洲“原住民”的幫助。Meredith團隊計劃為韋德爾氏海豹裝上傳感器，以便在它們潛入冰架下覓食時收集海水數(shù)據(jù)。“這些海域十分重要但卻難以測量，而海豹突擊隊能夠穿越障礙。”Meredith說。

獲得數(shù)據(jù)只克服了一半障礙，最終科學家還需要改進洋流在全球范圍內(nèi)傳播熱量、二氧化碳和營養(yǎng)物方式的模型。但無論如何，就像Russell所說的，“對海洋學家而言，現(xiàn)在正是好時期。”