近年來，位於北大西洋各處的感測器接收到一個可能令人擔憂的訊號：沿著北美洲向北推進的熱帶水域向北極輸送熱量的過程一直遲緩。如果這種遲緩持續並加深，可能會給整個大洋盆地帶來海平面和天氣的劇烈變化。
這種向北流動是全球海洋中水、熱量和養分更大迴圈的關鍵部分。自 20 世紀 80 年代以來，氣候科學家一直擔心全球氣溫上升可能會對這個類似傳送帶的系統造成干擾，並可能產生嚴重的極端氣候後果。美國東海岸的海平面可能會上升，關鍵漁場可能會因水溫飆升而遭受破壞，歐洲的天氣模式也可能會發生改變。
過去十年，隨著氣候模型表明海洋環流系統的這一分支不太可能出現快速減速，這可能會減緩任何後果，這些擔憂有所緩解。但是，週三發表在《自然》雜誌上的兩項新研究表明，海洋感測器最近發現的減弱不僅僅是短期現象，正如一些人認為的那樣。相反，它是長期下降趨勢的一部分，這使得環流處於幾個世紀以來最弱的狀態。研究結果表明，氣候模型遺漏了關鍵部分，並且不良影響可能即將來臨。
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但是，遺漏了哪些部分可能會決定這一趨勢有多令人擔憂。國家海洋和大氣管理局的海洋和氣候建模師托馬斯·德爾沃思（未參與該研究）表示，如果模型對北大西洋正在發生的變化不夠敏感，“這會使警告級別稍微提高一些”。
大西洋經向翻轉環流 (AMOC) 和次極地環流，當 AMOC 減弱時，這裡的海水會冷卻。圖片來源：Nature
執行 AMOC
熱帶大西洋溫暖而高鹽的水域沿著美國東部向北移動，然後向西北歐方向移動（這使得不列顛群島的氣候比類似緯度的紐芬蘭溫暖得多）。隨著這部分被稱為墨西哥灣流的洋流向北推進，它會冷卻並變得更密集，最終下沉，形成所謂的深水，沿著海底向南流向南極洲。
這個被稱為大西洋經向翻轉環流 (AMOC) 的迴圈在地球周圍的熱量以及整個海洋中的養分運輸方面起著關鍵作用。它還有助於將大氣中的二氧化碳吸入海洋。在太平洋中，赤道熱量向南北極方向輸送。但是，倫敦大學學院的古海洋學家、一項新研究的合著者戴維·索恩利表示，在大西洋中，“熱量在整個大西洋中向北移動”。南北半球之間由此產生的熱量不平衡決定了幾個大型氣候特徵，例如關鍵熱帶雨帶所在的緯度，這會影響供水、農業降水和熱帶生態系統的健康。
隨著大氣中吸熱氣體水平的升高，全球氣溫上升，北大西洋降水增加以及陸地上的海冰和冰川融化所帶來的淡水湧入可能會擾亂 AMOC。增加的淡水降低了深水形成區域的水密度，從而阻礙並削弱了 AMOC 的整體流動，就像堵塞的水槽一樣。這種減緩意味著向北輸送的熱量減少，導致格陵蘭島下方的區域海洋溫度較低，美國東海岸附近的溫度較高。這種變暖導致海岸沿線的海平面升高，並提高了鱈魚和龍蝦等具有經濟價值的喜冷物種的海洋溫度。
波茨坦氣候影響研究所 (PIK) 的博士生、另一項新研究的合著者萊夫克·凱撒表示，有一些跡象表明，格陵蘭島下方的寒冷點可以透過一種將暖空氣引入歐洲的方式來改變大氣模式，從而增加持續夏季熱浪的可能性。PIK 的同一研究的合著者斯特凡·拉姆斯托夫認為，AMOC 減緩導致的海洋溫度變化也可能會有助於鎖定美國東部較冷的冬季條件，儘管這方面的證據尚不明確。
直到 10 多年前，科學家們還沒有對 AMOC 進行任何直接測量，以瞭解它實際上是如何響應氣候變化的。橫跨大西洋盆地的 RAPID 儀器陣列（英國和美國贊助的快速氣候變化計劃的簡稱）的部署使得資料得以緩慢湧入，“他們已經揭示它正在減弱”，索恩利說。但是，短暫的資料視窗無法提供長期視角。當第一批資料出現時，科學家認為這種減弱可能是由氣候的自然波動引起的暫時性變化，但也意識到這可能是長期下降的一部分。
來自過去的線索
為了幫助解決不確定性，參與新研究的團隊轉向了所謂的古氣候標記，這些標記可以捕捉地球過去的氣候變化，以瞭解這些近期變化如何適應。索恩利及其同事使用了從美國東海岸沿岸海底採集的沉積物巖芯，以揭示與 AMOC 相關的深海洋流如何隨著時間的推移而變化；較強的洋流會沉積較大的沉積物顆粒。他們還觀察了沉積物巖芯中發現的微小生物化石（其中一些在較冷的條件下繁榮，另一些在較溫暖的條件下繁榮），以瞭解當 AMOC 的強度增強和減弱時，海洋溫度是如何變化的。凱撒和拉姆斯托夫的研究使用了可追溯到 19 世紀後期的海洋溫度的直接測量值。
這兩項研究得出了大致相似的結論：AMOC 處於非常虛弱的狀態，根據索恩利的研究結果，這是過去 1600 年中最衰弱的狀態。
這兩項研究在減弱開始的時間上有所不同。索恩利的記錄跨越了 1600 年，表明它始於小冰河期末期，即公元 1350 年至 1850 年左右的時期，當時太陽和火山的影響降低了北半球的溫度，冰川和冰蓋擴大。隨著小冰河期的結束和氣溫升高，冰融化，淡水湧入北大西洋。研究結果表明，AMOC 目前的狀態是整個長期記錄中最弱的。他表示，目前的狀態僅僅是對這種反應的延續，還是全球變暖也開始發揮作用，尚不清楚。與此同時，凱撒認為 AMOC 減弱的轉折點在 20 世紀中期，表明這是由於人為造成的變暖的影響。然而，她團隊的記錄並沒有追溯到那麼久遠的時間。
這兩個結果並非互斥。這兩個記錄都顯示出大致相似的下降模式。“我們認為所有證據都趨同是非常了不起的，”索恩利說。但是，查明減弱趨勢的時間將為是什麼導致了這一趨勢以及它發生的速度，以及我們可能預計會看到一些由此產生的氣候影響的速度提供更好的線索。
索恩利表示，目前已經很明顯的是，緬因灣的溫度是過去 1600 年來最高的。他說，美國沿海地區也有“令人興奮的”海平面加速上升的跡象。
研究人員好奇的是，為什麼氣候模型似乎遺漏了 AMOC 過程中的一些東西。它們沒有捕捉到這種過去的行為和明顯的減弱。德爾沃思表示，如果這些研究的結果得到證實，那麼可能是模型對正在發生的海洋淡水變化不夠敏感，或者它們沒有考慮到所有影響環流的重要變化。2017 年的一項研究考察瞭如果氣候模型確實考慮了這種融化會發生什麼，結果發現它導致 AMOC 的反應比其他情況更劇烈。
德爾沃思表示，更令人擔憂的是模型是否錯誤地捕捉到了系統的敏感性，因為這意味著科學家們一直低估了 AMOC 可能反應的速度。“這實際上取決於為什麼模型與古生物結果不匹配，”他說。
當建模人員努力解決這個問題時，索恩利和其他人正在努力擴充套件古氣候記錄，看看他們發現的模式是否出現在大西洋的其他地點，以及他們是否可以將它追溯到更早的時間。他們還在尋找在小冰河期末期可能引發減弱的淡水量的跡象。
展望未來，RAPID 儀器將緩慢地幫助梳理出 AMOC 的行為。“只是我們必須等待幾年，”凱撒說，到那時，一些影響可能已經發生。