第一章 新仙女木事件

    大约259万年前地球进入第四纪冰期。直到20世纪中叶大多数科学家还相信冰期的气候是持续的寒冷。但是实际上冰期中也有相对温暖的时期。

    科学家米兰科维奇发现第四纪气候变化的规律是冰期-间冰期交替，称之为旋回。且推断旋回的形成与地球轨道要素的变化有关。旋回的周期（米兰科维奇周期）通常以万年计，但是并不稳定。

    认识到冰期气候的不稳定性是古气候研究的一项重要成果。

    近70万年来以10万年周期为一个旋回。在每个10万年左右的冰期-间冰期旋回中，温暖时期是比较短暂的，一般约1—2万年。而更多的时间处于降温过程中。但是温度的下降不是直线的，而是由一系列的波动组成。

    最近的一个旋回开始于BC120000年，那时地球气候与现代的气候相当；直到BC21000年达到最冷（称为末次冰盛期）。

    BC16000年，末次冰盛期之后处于冰消期。地球渐渐从冰河时代开始“恢复“，虽然高纬地区还覆盖着大量冰原，但当时地球上的气候正在慢慢变暖。北美的劳伦泰冰盖，北欧的斯堪的那维亚冰盖相继开始瓦解。

    BC10750年，气候已回暖到接近现代的情况。这时一颗彗星在撞向地球前发生爆炸，爆炸的彗星所产生的碎片可能落进了地球的冰原中，导致冰原大面积融化。北美冰盖大量融化改变了淡水向南流入墨西哥湾的现象，反使得大量淡水向北流入北大西洋，表面海水因之变轻(因为含盐量变小)，下沉海水量变少，“温盐环流”因而变弱。海表面往北洋流也连带的减弱，北传的热量减少，降低海洋调节高纬大气的功能，气温因此迅速下降。

    这次激烈的气候波动，称为“新仙女木”事件。以北大西洋北部为中心，气候迅速变冷。

    地球在此后长达1000年（BC10750—9750）。再度陷入冰天雪地中，地球北半球大部分地区温度骤降，从而破坏了旧石器时代文明，并造成了大型史前动物（如猛犸象）的灭绝。这一时期被称为新仙女木时期。

    在这个时期，英国南部的平均气温降到了-8℃，冬天更低至-20℃，严重扰乱了当时正在欧洲和亚洲形成的早期人类文明的发展。

    “新仙女木”事件持续约千年。开始时气温迅速下降，结束时气温又迅速上升，而降温及升温的时间只有几十年甚至十年，因此称为气候突变。温度变化的幅度达到了冰期-间冰期旋回的3/4。这是末次冰盛期后处于气温回升阶段的1次气候突变。它是由于全球海洋中的温盐环流关闭所致。

    “仙女木”是寒冷气候的标志植物，因此用来命名北欧地区出现的寒冷事，“新仙女木”的“新”表示末次冰盛期后的最近一次寒冷事件，“新仙女木”事件之后气候变暖，进入温暖的全新世。

    新仙女木事件是末次冰盛期后的冰消期持续升温过程中的一次突然降温的典型非常规事件，对于研究古气候、古环境的快速突变事件和短周期现象，合理评估现今气候一环境条件并做出气候变化的预测有着重要的意义。它是一个全球性的事件，中国东部陆架海也普遍发现了“新仙女木”事件的沉积记录。由于中国东部陆架位于欧亚大陆和太平洋之间，受季风的强烈影响，因此有着独特的响应。

    我问先贤：“何谓‘温盐环流’？怎么会有这么大的影响？”

    “在欧洲大陆的西边，大西洋的东北区域，有一支自西南向东北流动的洋流--北大西洋温盐环流，它给欧洲带去了温暖湿润的空气和丰富的降雨，使北欧的冬天不至于那么严寒，这支暖流也相似地影响到北美东北部，如果没有它，那么，北欧的冬天就会变得异常寒冷，不仅如此，北半球很大一部分地区的气温都要受到影响。

    北大西洋温盐环流，就像一条将热能从赤道送往北大西洋的传送带：来自赤道的表面暖水借由沿岸的湾流不断向北移动，途中海水释放出热量，造成净热量向北输送。

    释放热量的海水逐渐变冷，再加上不断的蒸发使海水的盐度增加。因此，越往北海水越冷越咸，因此也越重，最后终于在北大西洋高纬度的固定下沉区下沉入深海，而这部分原本温暖的赤道海水也变成了又冷又咸的北大西洋深层海水。

    形成于北大西洋的冷水团在深层以边界流的形式向南流去，之后围绕着南极绕极急流，部分和形成于威德尔海的南极底层水混合，流向太平洋和印度洋，在那里上翻穿过温跃层达到上层海洋。

    之后，温盐环流掉头随深层海水向南移动，沿南大西洋、南极洲流进印度洋，最终又回到赤道，完成所谓的“环流”。

    从上面情况可以看出温盐环流主要依靠海水的温度和含盐密度驱动，是一个全球洋流循环系统。海面上依靠受温度影响的风力驱动暖流，在海底依靠受盐度影响的海水密度差异驱动海底寒流。

    表面风对于100米左右以下深度的海水环流所起的作用微乎其微，而海水温度和盐度的变化则足以使海水密度产生差异。

    海水密度的差异使得海水产生了密度梯度，导致海流的形成。这种方式产生的海流流速非常慢（每年只有若干公里），只有通过特殊的手段才能发现这种海流，也就是通过把不同深度的水团的温度、盐度和氧含量表示在图上，才能发现它的存在。

    一次温盐循环耗时大约1600年，在这个过程中洋流运输的不单是能量（温度/热能），当中还包括地球固态及气体资源等，不过温盐环流最受人类关注的是其全球恒温的功能。

    温盐环流的重要性在于，它和大气中著名的Hadley环流、Ferrel环流和极地环流等一起，构成了对于维持全球气候系统的能量平衡至关重要的经向环流体系。

    对于全球气候系统而言，热带存在辐射盈余，极地则存在辐射亏损，为保持整个系统的能量平衡，在低纬与高纬之间，必须存在强的经向能量输送。以前人们认为，这种输送作用主要通过大气传输来实现。现在研究表明，海洋的极向热输送约占海气耦合系统中极向热输送总量的50%，在北半球，它把低纬的热量输送到高纬，在北纬50度附近（那里的海洋西边界流最强）通过强烈的海气热交换，把大量的热量输送给大气，再由大气把能量向更高纬度输送。海洋经向热输送强度的变化，将对全球气候产生重要影响。

    在当前气候中，大西洋是主要的向高纬度的热输送器。北大西洋湾流冷、暖水在北大西洋高纬的转换，向大气释放出大量的热量。据估算，在北纬24度处，大西洋的热输送为1.2PW，而该纬度上所有大洋的经向热输送总量为2.0PW，大气的热输送总量为3.0PW。在北大西洋，向高纬的热输送以及冬季的热释放，可以补充年日射的25%，盛行西风带将这些热量带至相临大陆，使得北欧气候保持温暖。

    所以温盐环流活动的任何变化，都将给区域乃至全球气候造成可观的影响。而新仙女木事件恰恰是因为突然的热量增加导致全球海洋中的温盐环流关闭。

    2009年11月，中国长江中下游以及江南地段急剧降温，其原因也是全球气候变暖影响了温盐环流的运动。