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信息爆炸令人惊讶，新技术让我们能接近这里。

飓风将底部古老海水吹到海面。图片来源：Colin Monteath

10米高的海浪让Joellen Russell措手不及。在新西兰南部考察时，风浪重重击打着她的科考船。“我们被卷入了水山，船好像随时会粉碎。”美国亚利桑那大学海洋学家Russell回忆道。凶猛的波浪曾差点让她跌出船外。

但让她真正震惊的是海水分析传感器数据流。随着船身不停地倾斜，她意识到海洋表面正在缺氧，碳在增加且非常酸——这是深海富营养水上升到海面的标志。结果是，Russell的脚下是几个世纪未曾“露面”的古老海水。

尽管Russell在1994年的遭遇备受争议，但现在这种海水上涌被认为是南大洋的特点。而南极洲周围的这种神秘旋涡是由全球最大的持续风驱动的。南大洋能从大气中吸收大量的二氧化碳和热量，从而放缓全球变暖的速度。而且，其强大的洋流驱动了全球大部分海洋循环。

但严酷的自然条件数十年来让海洋学家对这里“望而却步”，不过，现在有了变化。全世界研究人员利用浮标、系泊系统、船只、滑翔机、卫星、计算机模型，甚至传感器，对这里进行研究。他们计划填补庞大的数据空白，并弄清南大洋的功能，这将有助于提高预测全球变暖、南极冰架融化和海平面上升速度的能力。

“信息爆炸令人惊讶。”曾于上世纪60年代领导过南大洋科考的哥伦比亚大学拉蒙特—多尔蒂地球观测所海洋学家Arnold Gordon说，“新技术让我们能接近这里。”

海洋浮标获取的原始数据显示，不断上升的海水可能限制南大洋每年的二氧化碳吸收量。这提出了一个新问题：这些海水能在多大程度上阻止未来全球变暖的到来。“南大洋是研究气候变暖的重要地区。”英国南极调查局海洋学家Michael Meredith说。

追踪碳排放

数个世纪以来，南大洋的秘密吸引了无数探索者，但这里独特的环境让船只难以进入。

上世纪80年代，明升体育app家才意识到这里对控制全球气候变暖的重要性。研究人员一直在试图解释，为何冰川时代末期大气二氧化碳浓度降低约1/3以及稍后浓度升高。一直以来，明升体育app家推测，海洋吸收了由全球变暖产生的约93%的额外热量，以及约26%由人类排放的二氧化碳，但并不清楚这些热量和碳到底去了海洋的哪个地方。

美国普林斯顿大学海洋学家Jorge Sarmiento意识到，南大洋洋流和生物可能有助于降低或提高地球温度。

南极周围水域似乎是地球上不受全球变暖影响的少数区域之一。美国宇航局（NASA）2015年发布研究手机版称，南极洲增加的冰比融化的冰更多。手机版称，南极冰盖正在增厚，比冰川融化损失的冰更多。

Sarmiento和同事首次收集了南大洋控制碳量的明升手机和生物过程的实时数据。利用新数据，该团队检验了自己的模型，并改进了对二氧化碳如何在空气和海洋中移动的估计。间接证据显示，南大洋是一个碳汇网，吸收了自工业革命以来人为二氧化碳排放量的15%。但在一年中的某些时间，在某些海域，富碳的表层水会数次将二氧化碳释放到空气中。

目前，海洋学家能借助多个国际检测网络展开南大洋研究。例如，斥资2100万美元的南大洋碳和气候观测及建模项目（SOCCOM）已经布放了51个机器人浮标，监测南极洲周围海域中海水明升手机及生物活性的若干个指标，追踪流入南大洋的大量二氧化碳气体。于2014年发起的SOCCOM由美国国家明升体育app基金会提供资助，将在南大洋运行6年。项目明升体育app家的最终目标是扩大到全世界的海洋。

另外，海洋学家还在使用国际Argo阵列3900多个浮标提供的数据。这些自动探测器能够定期下潜至水下2000米的深度，并在重新升到海面之前测量温度与盐度数据，之后将它们的观测结果发送至一颗人造卫星。

现在，研究人员能近乎实时地观测南大洋变化，在冬季尤其如此。“我们立刻能看到二氧化碳流入空气中，这比我们之前预想的要多。”Sarmiento说，“这是一个大变革。”

仅基于13个浮标的尚未出版的研究显示了在至少1年中南大洋海水发生了何种变化。研究人员提出，现在的问题是，冬季二氧化碳释放量升高是否代表了整个南大洋的更大趋势？

“这让人十分好奇。”普林斯顿大学博士后研究员Alison Gray说，“这也暗示着南大洋的碳汇能力比预想的弱。”

英国丁铎尔中心主任Corinne Le Quéré在2007年发表于《明升体育app》杂志的研究显示，南大洋的碳吸收率在1981年至2004年间下降。作者将这归咎于南极季风的变化。

如果这一趋势持续下去，未来大气中的二氧化碳水平将快速上升。不过，去年刊登在《明升体育app》杂志的研究指出，该大洋的碳汇能力从21世纪初期开始提高。无论如何，SOCCOM将帮助研究人员回答这些问题。

变暖的海水

碳只是南大洋故事的一部分。

南大洋是洋流网络的起始点，洋流能从洋底带来水、热量和营养物质。在南极洲附近，表层海水变冷且密度升高，于是逐渐下降，形成深海流。2010年，研究人员分析数据发现，深海海水出现显著的变暖趋势，这里吸收了全球变暖导致的多余热量的约10%。

海洋深处的变暖令人惊讶，研究人员提出了围绕南大洋的数种解释。一个因素可能是，南极洲附近的表层海水盐度下降，部分原因是夏季降水的增多。新鲜的表层水密度低，这是因为为海床提供的维持底部洋流的冷水减少。“没有足够的冷水供给，因此底部海水变热。”美国海洋和大气管理局（NOAA）海洋学家Gregory Johnson说。

一个基于第三轮船只考察初步数据的未发表研究也发现了类似趋势。但研究人员计划进行更频繁的测量，以便描绘更全面图景。如果计划中的国际项目能更进一步，这就有可能实现。最新的“Deep Argo”项目将布设大量测量深度远高于标准的浮游设备，这为明升体育app家研究深水热量打开了全新的视角。

也有明升体育app家正在使用系泊设备研究深海水流。自1999年起，Gordon就在维护威德尔海的一系列系泊设备。该海域也是研究表层冷水下降形成海底洋流的主要海域。他表示，在一些区域，深水在逐渐变“淡”，但长期趋势尚不明显。

“我们对底部海水如何变化及其对全球洋流的影响只知皮毛。”他说。

崖边漫步

2015年1月，海洋学家乘坐澳大利亚破冰船“南极光号”奔赴南极，他们拥有一个独特的机会。随着冰层的破裂，他们抵达了托滕冰川的边缘。卫星观测资料显示，该冰川在过去15年间出现变薄迹象。

研究人员使用了浮标和滑翔机研究托滕冰川附近和下部的海水，让他们惊讶的是，冰川前部的海水比底部冰点的水热3℃。

明升体育app家已经发现温暖海水将西南极洲部分冰架切割开来。不过，澳大利亚南极气候和生态合作研究中心海洋学家Steve Rintoul表示，托滕冰川考察能提供第一手资料，从而研究同样影响东南极洲的相同过程，并提出该大陆巨大冰原寿命的新问题。

目前仍不清楚何种因素加热了表层洋流。有明升体育app家认为是南大洋季风变化和温暖海水上涌所致。也有人聚焦新的表层水和一些区域的海冰变化。“包括我在内的所有明升体育app家都有自己偏向的理论。”Gordon说，“但明升体育app是：你观测的越多就越复杂。”

要找出答案可能需要更多的南极洲“原住民”的帮助。Meredith团队计划为韦德尔氏海豹装上传感器，以便在它们潜入冰架下觅食时收集海水数据。“这些海域十分重要但却难以测量，而海豹突击队能够穿越障碍。”Meredith说。

获得数据只克服了一半障碍，最终明升体育app家还需要改进洋流在全球范围内传播热量、二氧化碳和营养物方式的模型。但无论如何，就像Russell所说的，“对海洋学家而言，现在正是好时期。”（张章编译）