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enlightenment
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地球暖化科學研究報告
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大洪水的水怎麼來的？怎麼一下子來那麼多水？是什麼力量推動它？
長方塊積木抽抽樂的遊戲相信大家並不陌生，現在只能抽下半部的積木，每抽一根表示冰原的支架融化，如果不停止，將使得下半部逐漸失去支撐平衡，南極冰原就會像玩抽抽樂遊戲一樣，上半部積木大量崩塌，不必等它全部融化，其「體積與力量」推擠海水產生巨大海嘯，使得全世界海平面在「瞬間」上升。
南極冰原蠢蠢欲動
2008-03-02, 撰文∕貝爾（Robin E. Bell）翻譯∕姚若潔, 科學人雜誌
http://tw.news.yahoo.com/marticle/url/d/a/080303/77/ujp9.html?type=new
冰原底下最新發現的大量液態水，證實全球暖化對冰原的破壞可能已經嚴重到超乎想像。即使冰原沒有融化，滑入海中的碎冰，也會使海平面上升。
重點提要
■ 格陵蘭和南極這兩處陸上冰原所含的水，足以使全球海平面上升超過60公尺。
■在冰原底下，有河川、湖泊與融水構成的複雜「水道系統」，這些水是巨大的冰流向海洋時的潤滑劑。
■數千年來，排到海洋的冰，與降雪達成平衡，但當溫暖的空氣或表面的融水進一步潤滑冰流或除去其自然障礙時，大量的冰便往海的方向踉蹌而去。
■氣候變遷估計海平面上升潛力的模型，忽略了冰下水與大量冰流移向海洋的效應。
我們的P-3飛行實驗室掠過冰凍的威德海表面時，我緊緊伏貼在機艙板上，透過飛機底部的窗口往外看，海豹、企鵝、冰山一一在眼前放大又縮小，從150公尺的高度往下看，每樣東西都像玩具，唯一例外的只有巨大的冰棚。這些看起來無限延伸的冰棚，厚度相當於好幾個足球場的長度，在南大洋上圍繞著冰原懸浮，而冰原則覆蓋了整個南極大陸。1980年代中期，我們的飛行完全是為了調查：一旦從智利南部的基地出發之後，我們有12個小時的時間都得待在空中，所以有很多時間和飛行員聊天，談論在冰棚上的迫降，這不是隨便聊聊而已，不只一次，飛機的四具引擎之一失去動力；而在1987年，拉森B冰棚和南極洲半島之間的巨大裂隙變得更明顯時，我們很清楚知道：緊急迫降可不只是輕輕碰觸一下而已。
這個裂隙也不禁讓我們猜想：超過一萬年以來，冰棚都看似穩定，有沒有可能是因為下方的海水溫度夠高，才使這些巨大的冰塊破裂？
將近10年後，我的一位同事──來自美國國家冰雪資料中心的史坎波斯（Ted Scambos），從氣象衛星影像上注意到我從P-3看到的那片冰棚產生了變化，他發現白色冰棚上開始出現雀斑一樣的深色斑點，隨後，彩色影像顯示，這些 深色斑點其實是鮮豔的深藍色。全球氣候變遷對南極洲半島加溫的速度，超越地球上所有地方，拉森B冰棚的部份表面正融化成藍色的池塘。已故的冰河學家羅賓 （Gordon de Q. Robin）與美國西北大學的冰河學家惠特曼（Johannes Weertman）早在幾十年前已經提出，表層的水有可能使冰棚裂開。史坎波斯了解到這些池塘可能正在鑿穿冰棚、直通底下的海水，使得整片冰棚破裂。不 過，那時還沒有任何事情發生。
拉森 B 冰棚碎裂成浮冰
然而，南極的平靜只維持到2001~02年夏天。2001年11月，史坎波斯接到一個他至今仍印象深刻的消息：來自阿根廷南極研究所的冰河學家史克瓦卡（Pedro Skvarca），正試著在拉森B冰棚上進行野外調查，但是到處都是水，而且正在產生很深的裂痕。史克瓦卡發現自己根本動彈不得，也不可能工作。到了 2002年2月底，水塘開始消失，水流光了──其實是水已經鑿穿了冰棚。同年3月中，驚人的衛星影像顯示，拉森B冰棚碎裂了一大塊，面積足有3328平方公里，比美國羅德島州還要大。冰棚支離破碎，只留下一堆浮冰，像艦隊一般；這些冰塊大的像曼哈頓島，小的差不多像一台微波爐。我們飛行研究的緊急降落點過去數千年來都很穩固，現在也不見了。3月20日，史坎波斯從衛星影像取得的冰棚坍塌照片，刊登在《紐約時報》的頭版（見第63頁右下角〈拉森B冰棚的崩裂〉），震驚世人。
忽然間，全球暖化導致冰寒極地快速變化的可能性，變得真實了起來。不久後的8月，彷彿是為了更加強調這個可能性，在地球的另一邊，海冰量創下了歷史新低，而格陵蘭冰原表面的夏季融化量，也遠遠超過之前的觀察。格陵蘭的融水也同樣會湧入冰原的裂縫，並切出洞隙（稱為冰河壺穴）；理論上這些水會潛入冰原底下，同時也把夏天的熱度帶下去。在拉森B冰棚，這些水會與下方的海水混合，在格陵蘭則不同，融水可能與底下的泥土混合，在基岩上形成一層泥漿，導致冰和岩石的交界面彷彿抹上一層油或潤滑劑。不過，不管是何種機制，格陵蘭冰原正從岩石上方加速向海面滑動。
近來，我和同事參與了正在進行中的國際極地年（見第66頁邊欄）研究，因此也追蹤測繪位於南極冰原底下的「水道系統」。雖然大部份使南極冰原底部變滑的液態水並不一定是從表面而來，但仍具同樣的潤滑效果，而且某些冰原的反應也會加速滑動與崩裂。
為什麼這些狀況如此惱人，又為什麼我們這麼亟需了解？全球有1/3的人口生活在海拔91公尺以下，而且世界上最大的都市幾乎都臨海。每600立方公里的冰塊從陸地進入海中，全球的海平面就會上升約0.15公分。這聽起來似乎不多，可是想想目前地球上最大的三片冰原所擁有的冰量：如果西部南極冰原消失，海平面會上升5.7公尺；格陵蘭冰原消失，會再增加7.2公尺；而東部南極冰原還可以再為世界海洋增高51公尺；全部加起來幾乎有63.9公尺（見右頁上方〈如果冰原引起海水氾濫……〉）。（自由女神像從基座到火炬的頂端約有45公尺。）對於冰原的內部移動與向海推進，液態水扮演著至為關鍵的角色，而它的重要性直到不久前都還被低估。知道液態水如何形成、在何處發生、氣候變遷如何強化它對極地冰的影響，對於全球暖化影響海平面高度的預測與準備，都是非常重要的。
冰原傳來的隆隆聲
長久以來，冰河學家便注意到冰原是會改變的，只是研究者單純假設它們的改變是逐步且緩慢的，就好像我們用碳14定年法推論出來的尺度，而不是像拉森B冰棚崩裂的事件可以用日曆來記錄。理論上，雪會在冰原的中心地帶囤積（主要來自蒸發的海水），囤積量大約等於冰原在海邊融化與斷裂成冰山的量。以南極為例，到達海邊的冰有90%是由冰流帶去的，冰流是巨大的冰輸送帶，厚度與旁邊的冰原厚度相當（1000~2000公尺）、寬約95公里，從海邊往內陸「上游」延伸，可達800公里長。冰流穿越冰原而移動，當它踉蹌前進時，會在兩側留下冰隙並形成缺口。在冰原接近海洋的邊緣，冰流一般的移動速度是一年 200~1000公尺，周遭的冰原則幾乎不會移動。
然而，長期的冰平衡只是一種理想狀態，真實的冰原並不是永久固定在地球上的。舉例來說，冰心研究顯示，格陵蘭冰原在久遠以前曾經比現在要小，尤其是在12萬年前的最近一次間冰期，那時全球溫度也高。2007年，瑞典哥本哈根大學的威勒斯雷夫（Eske Willerslev）帶領一個國際團隊，試圖找尋冰原底下的DNA，以求得古代生態系的證據。他們還原出來的格陵蘭，直到40萬年前還是一片覆蓋著針葉樹的綠色大地，甚至還有甲蟲與蝴蝶等無脊椎動物。簡言之，當全球溫度增高時，格陵蘭冰原就會縮小。
目前，格陵蘭冰冠的降雪量其實正在增加，這應該是氣候型態正在改變之故；然而其冰原邊緣的大量流失，卻仍舊使冰的總量減少。冰原邊緣的海拔高度正迅速降低，而衛星測量發現到重力作用的小幅度變化，也證實冰原的邊緣正在減損。速度的測量則指出，主要的注出冰河（與山脈相連的冰流）向海移動的速度正在增加，尤以南邊為甚。沿著注出冰河，冰河地震發出的隆隆聲也越來越頻繁。
就像格陵蘭冰原一樣，西部南極冰原也正在流失。如同格陵蘭冰原，在不久之前的地質時代，西部南極冰原也曾經消失，所以理論上有可能再次發生。在西部南極冰原的鑽孔底部，美國北伊利諾大學的謝瑞爾（Reed P. Scherer）發現只有在開放的海洋條件下才會出現的海洋微生物化石。化石的年齡顯示，這些生活在開放水域的生物，生存的年代可能並不很遠，距今僅有 40萬年。從它們的出現可以推論，西部南極冰原在當時應該不存在。
過去3000萬年間，在地球溫度的高低變化之中唯一持續存在的，只有東部的南極冰原，因此東部南極冰原是目前為止最古老也最穩定的冰原。它許多地方的厚度超過3公里，體積大約是格陵蘭冰原的10倍。它在3500萬年前南極洲與南美洲分開時首次形成，同一時期全球二氧化碳量降低，東部南極冰原的內部似乎稍有增長，不過觀察者也偵測到邊緣的冰量有局部損失。
冰原為何加速流失？
是什麼作用導致了格陵蘭與西部南極冰原的冰流失？大家可能猜得到，根本原因在於冰原上加速流動的冰流與注出冰河把冰帶到海裡，這些新加入海水的冰體額外佔去水中的空間，於是造成海平面的上升。（或許值得一提的是，漂浮在海上的冰棚，不管是斷裂或融化，都不會影響海平面的高度，原因是浮冰在水中排開的水重等於冰塊本身的重量；冰融化後，重量不會改變，但新的體積變得比較小，正好填滿先前在水中所佔的空間。）
過去五年來，對於促使冰加速移動的作用，研究者得到了兩個重要的新見解。首先，冰流的底部如果遇到泥漿、融水或甚至很深的湖泊，間歇地潤滑冰流的路徑，冰流便有可能會忽然加速。其次，如果海上的冰棚（漂浮在南極周圍的南大洋）或冰舌（狹長的冰棚，與某個注出冰河連接，在格陵蘭的峽灣地區很常見）斷裂，它們龐大的質量便無力阻擋冰流向外流動。舉例來說，注入拉森B冰棚的冰河，在2002年拉森B冰棚破裂之後，速度便劇烈加快，這些本來受到阻擋的陸域冰流與冰河，彷彿被拔掉了瓶塞，很可能加速朝海移動，最終會增加海水的總體積。
冰河學家很久以前就認為還有第三種加速冰原滑動的原因，和第二種原因密切相關。正如拉森B冰棚破裂後加速流動的冰河，如果溫暖的海流把冰棚變薄了，滑向那片冰棚的冰原速度也會加快。在西部南極的阿曼森海域，冰原表面每年降低1.5公尺，冰原滑動的速度則加快了10%，兩者顯然都源自於冰棚變薄。
長方塊積木抽抽樂的遊戲相信大家並不陌生，現在只能抽下半部的積木，每抽一根表示冰原的支架融化，如果不停止，將使得下半部逐漸失去支撐平衡，南極冰原就會像玩抽抽樂遊戲一樣，上半部積木大量崩塌，不必等它全部融化，其「體積與力量」推擠海水產生巨大海嘯，使得全世界海平面在「瞬間」上升。
南極冰原蠢蠢欲動
2008-03-02, 撰文∕貝爾（Robin E. Bell）翻譯∕姚若潔, 科學人雜誌
http://tw.news.yahoo.com/marticle/url/d/a/080303/77/ujp9.html?type=new
冰原底下最新發現的大量液態水，證實全球暖化對冰原的破壞可能已經嚴重到超乎想像。即使冰原沒有融化，滑入海中的碎冰，也會使海平面上升。
重點提要■ 格陵蘭和南極這兩處陸上冰原所含的水，足以使全球海平面上升超過60公尺。
■在冰原底下，有河川、湖泊與融水構成的複雜「水道系統」，這些水是巨大的冰流向海洋時的潤滑劑。
■數千年來，排到海洋的冰，與降雪達成平衡，但當溫暖的空氣或表面的融水進一步潤滑冰流或除去其自然障礙時，大量的冰便往海的方向踉蹌而去。
■氣候變遷估計海平面上升潛力的模型，忽略了冰下水與大量冰流移向海洋的效應。
我們的P-3飛行實驗室掠過冰凍的威德海表面時，我緊緊伏貼在機艙板上，透過飛機底部的窗口往外看，海豹、企鵝、冰山一一在眼前放大又縮小，從150公尺的高度往下看，每樣東西都像玩具，唯一例外的只有巨大的冰棚。這些看起來無限延伸的冰棚，厚度相當於好幾個足球場的長度，在南大洋上圍繞著冰原懸浮，而冰原則覆蓋了整個南極大陸。1980年代中期，我們的飛行完全是為了調查：一旦從智利南部的基地出發之後，我們有12個小時的時間都得待在空中，所以有很多時間和飛行員聊天，談論在冰棚上的迫降，這不是隨便聊聊而已，不只一次，飛機的四具引擎之一失去動力；而在1987年，拉森B冰棚和南極洲半島之間的巨大裂隙變得更明顯時，我們很清楚知道：緊急迫降可不只是輕輕碰觸一下而已。
這個裂隙也不禁讓我們猜想：超過一萬年以來，冰棚都看似穩定，有沒有可能是因為下方的海水溫度夠高，才使這些巨大的冰塊破裂？
將近10年後，我的一位同事──來自美國國家冰雪資料中心的史坎波斯（Ted Scambos），從氣象衛星影像上注意到我從P-3看到的那片冰棚產生了變化，他發現白色冰棚上開始出現雀斑一樣的深色斑點，隨後，彩色影像顯示，這些 深色斑點其實是鮮豔的深藍色。全球氣候變遷對南極洲半島加溫的速度，超越地球上所有地方，拉森B冰棚的部份表面正融化成藍色的池塘。已故的冰河學家羅賓 （Gordon de Q. Robin）與美國西北大學的冰河學家惠特曼（Johannes Weertman）早在幾十年前已經提出，表層的水有可能使冰棚裂開。史坎波斯了解到這些池塘可能正在鑿穿冰棚、直通底下的海水，使得整片冰棚破裂。不 過，那時還沒有任何事情發生。
拉森 B 冰棚碎裂成浮冰
然而，南極的平靜只維持到2001~02年夏天。2001年11月，史坎波斯接到一個他至今仍印象深刻的消息：來自阿根廷南極研究所的冰河學家史克瓦卡（Pedro Skvarca），正試著在拉森B冰棚上進行野外調查，但是到處都是水，而且正在產生很深的裂痕。史克瓦卡發現自己根本動彈不得，也不可能工作。到了 2002年2月底，水塘開始消失，水流光了──其實是水已經鑿穿了冰棚。同年3月中，驚人的衛星影像顯示，拉森B冰棚碎裂了一大塊，面積足有3328平方公里，比美國羅德島州還要大。冰棚支離破碎，只留下一堆浮冰，像艦隊一般；這些冰塊大的像曼哈頓島，小的差不多像一台微波爐。我們飛行研究的緊急降落點過去數千年來都很穩固，現在也不見了。3月20日，史坎波斯從衛星影像取得的冰棚坍塌照片，刊登在《紐約時報》的頭版（見第63頁右下角〈拉森B冰棚的崩裂〉），震驚世人。
忽然間，全球暖化導致冰寒極地快速變化的可能性，變得真實了起來。不久後的8月，彷彿是為了更加強調這個可能性，在地球的另一邊，海冰量創下了歷史新低，而格陵蘭冰原表面的夏季融化量，也遠遠超過之前的觀察。格陵蘭的融水也同樣會湧入冰原的裂縫，並切出洞隙（稱為冰河壺穴）；理論上這些水會潛入冰原底下，同時也把夏天的熱度帶下去。在拉森B冰棚，這些水會與下方的海水混合，在格陵蘭則不同，融水可能與底下的泥土混合，在基岩上形成一層泥漿，導致冰和岩石的交界面彷彿抹上一層油或潤滑劑。不過，不管是何種機制，格陵蘭冰原正從岩石上方加速向海面滑動。
近來，我和同事參與了正在進行中的國際極地年（見第66頁邊欄）研究，因此也追蹤測繪位於南極冰原底下的「水道系統」。雖然大部份使南極冰原底部變滑的液態水並不一定是從表面而來，但仍具同樣的潤滑效果，而且某些冰原的反應也會加速滑動與崩裂。
為什麼這些狀況如此惱人，又為什麼我們這麼亟需了解？全球有1/3的人口生活在海拔91公尺以下，而且世界上最大的都市幾乎都臨海。每600立方公里的冰塊從陸地進入海中，全球的海平面就會上升約0.15公分。這聽起來似乎不多，可是想想目前地球上最大的三片冰原所擁有的冰量：如果西部南極冰原消失，海平面會上升5.7公尺；格陵蘭冰原消失，會再增加7.2公尺；而東部南極冰原還可以再為世界海洋增高51公尺；全部加起來幾乎有63.9公尺（見右頁上方〈如果冰原引起海水氾濫……〉）。（自由女神像從基座到火炬的頂端約有45公尺。）對於冰原的內部移動與向海推進，液態水扮演著至為關鍵的角色，而它的重要性直到不久前都還被低估。知道液態水如何形成、在何處發生、氣候變遷如何強化它對極地冰的影響，對於全球暖化影響海平面高度的預測與準備，都是非常重要的。
冰原傳來的隆隆聲
長久以來，冰河學家便注意到冰原是會改變的，只是研究者單純假設它們的改變是逐步且緩慢的，就好像我們用碳14定年法推論出來的尺度，而不是像拉森B冰棚崩裂的事件可以用日曆來記錄。理論上，雪會在冰原的中心地帶囤積（主要來自蒸發的海水），囤積量大約等於冰原在海邊融化與斷裂成冰山的量。以南極為例，到達海邊的冰有90%是由冰流帶去的，冰流是巨大的冰輸送帶，厚度與旁邊的冰原厚度相當（1000~2000公尺）、寬約95公里，從海邊往內陸「上游」延伸，可達800公里長。冰流穿越冰原而移動，當它踉蹌前進時，會在兩側留下冰隙並形成缺口。在冰原接近海洋的邊緣，冰流一般的移動速度是一年 200~1000公尺，周遭的冰原則幾乎不會移動。
然而，長期的冰平衡只是一種理想狀態，真實的冰原並不是永久固定在地球上的。舉例來說，冰心研究顯示，格陵蘭冰原在久遠以前曾經比現在要小，尤其是在12萬年前的最近一次間冰期，那時全球溫度也高。2007年，瑞典哥本哈根大學的威勒斯雷夫（Eske Willerslev）帶領一個國際團隊，試圖找尋冰原底下的DNA，以求得古代生態系的證據。他們還原出來的格陵蘭，直到40萬年前還是一片覆蓋著針葉樹的綠色大地，甚至還有甲蟲與蝴蝶等無脊椎動物。簡言之，當全球溫度增高時，格陵蘭冰原就會縮小。
目前，格陵蘭冰冠的降雪量其實正在增加，這應該是氣候型態正在改變之故；然而其冰原邊緣的大量流失，卻仍舊使冰的總量減少。冰原邊緣的海拔高度正迅速降低，而衛星測量發現到重力作用的小幅度變化，也證實冰原的邊緣正在減損。速度的測量則指出，主要的注出冰河（與山脈相連的冰流）向海移動的速度正在增加，尤以南邊為甚。沿著注出冰河，冰河地震發出的隆隆聲也越來越頻繁。
就像格陵蘭冰原一樣，西部南極冰原也正在流失。如同格陵蘭冰原，在不久之前的地質時代，西部南極冰原也曾經消失，所以理論上有可能再次發生。在西部南極冰原的鑽孔底部，美國北伊利諾大學的謝瑞爾（Reed P. Scherer）發現只有在開放的海洋條件下才會出現的海洋微生物化石。化石的年齡顯示，這些生活在開放水域的生物，生存的年代可能並不很遠，距今僅有 40萬年。從它們的出現可以推論，西部南極冰原在當時應該不存在。
過去3000萬年間，在地球溫度的高低變化之中唯一持續存在的，只有東部的南極冰原，因此東部南極冰原是目前為止最古老也最穩定的冰原。它許多地方的厚度超過3公里，體積大約是格陵蘭冰原的10倍。它在3500萬年前南極洲與南美洲分開時首次形成，同一時期全球二氧化碳量降低，東部南極冰原的內部似乎稍有增長，不過觀察者也偵測到邊緣的冰量有局部損失。
冰原為何加速流失？
是什麼作用導致了格陵蘭與西部南極冰原的冰流失？大家可能猜得到，根本原因在於冰原上加速流動的冰流與注出冰河把冰帶到海裡，這些新加入海水的冰體額外佔去水中的空間，於是造成海平面的上升。（或許值得一提的是，漂浮在海上的冰棚，不管是斷裂或融化，都不會影響海平面的高度，原因是浮冰在水中排開的水重等於冰塊本身的重量；冰融化後，重量不會改變，但新的體積變得比較小，正好填滿先前在水中所佔的空間。）
過去五年來，對於促使冰加速移動的作用，研究者得到了兩個重要的新見解。首先，冰流的底部如果遇到泥漿、融水或甚至很深的湖泊，間歇地潤滑冰流的路徑，冰流便有可能會忽然加速。其次，如果海上的冰棚（漂浮在南極周圍的南大洋）或冰舌（狹長的冰棚，與某個注出冰河連接，在格陵蘭的峽灣地區很常見）斷裂，它們龐大的質量便無力阻擋冰流向外流動。舉例來說，注入拉森B冰棚的冰河，在2002年拉森B冰棚破裂之後，速度便劇烈加快，這些本來受到阻擋的陸域冰流與冰河，彷彿被拔掉了瓶塞，很可能加速朝海移動，最終會增加海水的總體積。
冰河學家很久以前就認為還有第三種加速冰原滑動的原因，和第二種原因密切相關。正如拉森B冰棚破裂後加速流動的冰河，如果溫暖的海流把冰棚變薄了，滑向那片冰棚的冰原速度也會加快。在西部南極的阿曼森海域，冰原表面每年降低1.5公尺，冰原滑動的速度則加快了10%，兩者顯然都源自於冰棚變薄。
