William Curry是一位严肃、冷静的气候科学家，而不是艺术评论家。但他花了很多时间仔细阅读Emanuel Gottlieb Leutze的著名画作《乔治·华盛顿横渡特拉华河》，这幅画描绘了一船殖民时期的美国士兵在1776年圣诞节后一天去袭击英国和黑森部队的情景。“大多数人认为船上的其他人是在划船，但他们实际上是在推开冰块，”Curry指着画作的复制品说。果然，领头的水手正用他的靴子敲打着结冰的河流。“我在费城长大。画中的地方开车30分钟就到了。我可以告诉你，这种事情现在已经不再发生了。”但它可能很快就会再次发生。而且，类似于16世纪佛兰德画家老彼得·布吕赫尔（Pieter Brueghel the Elder）作品中永垂不朽的冰封场景，也可能重现欧洲。他的作品，包括1565年的杰作《雪中猎人》，让现在温和的欧洲景观看起来更像拉普兰。这种严寒的场景在约1300年至1850年期间司空见惯，因为北美和欧洲大部分地区都处于一个小冰河时代。现在，越来越多的证据表明，寒冷可能卷土重来。越来越多的科学家——包括Curry在马萨诸塞州科德角伍兹霍尔海洋研究所的许多同事——认为，另一个长期降温期，或小冰河时代，条件已经成熟。虽然没有人预测像12000年前覆盖北半球冰川那样的残酷冰盖，但下一个降温趋势可能会使美国大部分地区的平均气温下降5华氏度，并在东北部、北欧和北亚下降10华氏度。“这可能在10年内发生，”伍兹霍尔物理海洋学系主任Terrence Joyce说。“一旦发生，可能需要数百年才能逆转。”他感到震惊的是，美国人尚未认真对待这一威胁。去年四月，他在写给《纽约时报》的一封信中写道：“回想一下东北部最冷的冬天，比如1936年和1978年，然后想象一下更加寒冷的冬天反复出现，你就会知道那会是什么样子。”气温下降5到10度意味着不仅仅是简单地调高恒温器并继续生活。无论从经济还是生态角度看，这种快速、持续的降温都可能带来毁灭性的后果。美国国家科学院2002年发布的一份题为《突发气候变化：不可避免的惊喜》的报告，估计仅农业损失就达1000亿至2500亿美元，同时还预测对生态系统的损害将是巨大且无法估量的。一个严峻的例子是：森林消失、住房开支增加、淡水减少、作物产量下降以及物种灭绝加速。造成如此巨大影响的原因很简单。快速的气候变化比缓慢的气候变化造成更多的破坏。报告称，人类、动物、植物以及依赖它们的经济体就像河流：“例如，河水水位高时不会造成什么问题，直到河水溢出河岸，之后堤坝可能被冲垮，并发生大规模洪水。许多生物过程在特定的温度和降水阈值下会发生变化。”自上一个小冰河时代以来的政治变化可能会使世界上的穷人更难生存。在以前的降温时期，整个部落会简单地迁移到南方，但在现代紧张的封闭边境世界中，这种选择行不通。报告称：“在突发气候变化可能导致靠土地为生的人们命运迅速而广泛地改变的程度上，无法迁移可能会消除受困人民的主要安全网之一。”然而，气候科学极其复杂，小冰河时代的到来并非确定无疑，至少在当前的研究阶段是这样。世界各地的科学家正在权衡北大西洋快速降温的可能性，但美国可能没有哪个地方比伍兹霍尔投入更多的精力、设备和智力来解决这个问题。这里的海洋学家主要依靠政府拨款维持生计，不依附于任何公司，这使得该机构“独特地独立”，特殊项目主任David Gallo说。因此，它应该像任何研究机构或大学一样，能够揭示真相。任务是巨大的。在机构停放三艘研究船的码头边，海鸥围绕着一堆巨大的金属框架盘旋；这些是核心采样器，它们从船舷放下，可以从海底淤泥中提取长条状分层沉积物。在附近的一个车间里，技术人员正在修理多独立水采样器阵列，这些采样器长四英尺，厚八英寸，看起来像巨大的潜水氧气瓶。在水上，研究人员将这些仪器投放到北大西洋，希望能更清晰地了解小冰河时代的潜力。一种紧迫感推动着这些努力。“我们需要将其作为一项国家优先事项，”Joyce说。“这是一个棘手的问题，但有了足够的数据，我相信我们可以对接下来会发生什么做出更具体、更自信的预测。”掌握具体预测的决策者可以进行调整，为不可避免的未来做准备。
对有孔虫（一种能建造贝壳的单细胞生物）化石的化学分析，帮助气候研究人员确定数百年前小冰河时期的海洋温度。 G. sacculifera（左上）和 G. ruber（右下）是浮游生物，它们一生漂浮在水面附近，死后像沙粒一样沉入海底。 U. peregrina（右上）和 C. wuellerstorfi（左下）是底栖生物，它们生活在海底沉积物上或其中并死亡。
照片由伍兹霍尔海洋研究所提供。
但首先，地球不是真的在变暖吗？Joyce说，确实如此。在他杂乱的办公室里，充满着科德角清晨薄雾的柔和光线，他解释了这种变暖实际上是如何成为下一次小冰河时期令人惊讶的罪魁祸首的。这个悖论源于过去30年间北大西洋出现了巨大的淡水河流——相当于一层10英尺厚的淡水——混入了咸海。没有人确定这些淡水洪流来自何处，但主要的嫌疑是北极冰融化，这是由大气中二氧化碳堆积导致太阳能捕获所引起的。淡水趋势是海洋科学界的重大新闻。英国海洋学家Bob Dickson在2月份檀香山的一次会议上敲响了警钟，他将拉布拉多海（位于加拿大东北部和格陵兰岛之间，与大西洋接壤的一片水域）盐度和温度下降的现象称为“可以说是现代仪器海洋学记录中观察到的最大规模的全深度变化”。这种趋势可能通过颠覆墨西哥湾流向北渗透而导致小冰河时代。通常，墨西哥湾流载着在热带吸收的热量，蜿蜒而上美国和加拿大的东海岸。当它向北流动时，水流将热量释放到空气中。由于盛行的北大西洋风向东吹，大量的热量飘向欧洲。这就是为什么许多科学家认为欧洲大陆的冬季气温比同纬度的北美高出36华氏度。例如，寒冷的波士顿与温暖的罗马几乎处于同一纬度。一些科学家说，这种热量也温暖了美国人和加拿大人。“认为这仅仅是欧洲现象是一个真正的错误，”Joyce说。将热量释放到空气中后，现在较冷的海水变得更致密，并通过海洋学家称之为温盐环流的过程，下沉到北大西洋一英里或更深处。这种巨大的冷水瀑布是驱动深水洋流——大洋输送带——的主要引擎，该洋流蜿蜒流经世界所有海洋。但随着北大西洋充满淡水，它的密度降低，使得墨西哥湾流向北输送的海水下沉能力减弱。这股相对较新的淡水像一层巨大的隔热毯一样漂浮在海洋表面，威胁着温盐环流。这反过来可能导致墨西哥湾流减速或转向南方。在某个时候，整个系统可能简单地关闭，而且速度很快。“有越来越多的证据表明，我们正接近一个转变点，我们可能从那里跳跃到一个新状态。小的变化，例如几年大量的降水或高纬度地区的冰融化，都可能产生巨大的反应，”Joyce说。在她走廊那头阳光明媚的办公室里，海洋学家Ruth Curry展示了这些变化已经有多么广泛。“看这个，”她指着放在她实验桌上的地图说。“橙色和黄色表示更暖和更咸。绿色和蓝色表示更冷和更淡。”这四张地图显示了自1960年代以来每个十年北大西洋的变化。随后的每张地图上，绿色和蓝色区域都扩散得更远；即使是不受过训练的眼睛，也能清楚地看到有些不对劲。“这不仅仅发生在拉布拉多海，”她说。“这个寒冷、淡化的区域现在正在入侵整个亚热带大西洋的深水区。”“所有这些淡水都聚集在高纬度地区，字面上可能需要数百年才能清除它，”Joyce说。因此，虽然全球整体每年仅升温不到1华氏度，但北大西洋地区可能在十年内变冷多达10华氏度。伍兹霍尔的研究人员担心的是，历史支持快速关闭的说法。他们知道以前发生过这种情况。
气候科学家William Curry说：“随着我们继续排放大气中的二氧化碳，我们将面临更多意想不到的后果。我们需要认真考虑采取措施遏制温室气体。”摄影：Greg Miller
在伍兹霍尔奎塞特校区的西北侧，一个弥漫着低潮气味的昏暗实验室里，大约24,000个装满黄褐色泥土的聚碳酸酯管整齐地放在金属架上，像珍藏葡萄酒一样仔细编目。它们是从海底采集的岩心样本，其中许多是在伍兹霍尔三艘最大的研究船之一“诺尔号”的探险中收集的。每个岩心都讲述着跨越数千年的时间与温度的故事。但是有一个特别的岩心，在39华氏度下小心冷藏，对于得出小冰河时代可以突然开始的结论至关重要。加拿大船只CSS Hudson于1989年在萨尔加索海北部的百慕大隆起（Bermuda Rise）——百慕大东北约200英里处的一个海底高原——收集了这个岩心。“这是一个泥沙迅速堆积的独特海底区域，”伍兹霍尔地质与地球物理系高级科学家Lloyd Keigwin说。大部分沉积物在沉积之前是从加拿大河流冲刷出来的，因此它见证了北大西洋气候的变幻莫测。海底沉积物中散布着被称为有孔虫的微小无脊椎动物，Keigwin将其描述为“有壳的变形虫”，它们可以提供关于它们生活过的海洋温度的线索。来自新斯科舍地区的粘土和淤泥使得这些小生物以清晰可辨的层状积累，这意味着丰富的信息。Keigwin对这个岩心不同层中的有孔虫进行了质谱分析。通过测量氧同位素的比例——特别是氧16与氧18的比例——他能够精确地确定每个层中微小动物形成碳酸钙壳时的温度，精确度小于1华氏度。他还结合碳定年法来确定每个沉积层的年代。Keigwin原本期望发现过去几千年中气候波动的证据。但在CSS Hudson的珍贵样本中，它是用比海洋学家以前使用过的更精确的取心器钻取的，他发现了大量关于过去1000年间气温骤变的数据，其中包括一个比现在平均低约4华氏度的小冰河时代。“而且由于萨尔加索海混合得很好，降温必然是广泛的，”Keigwin说。更不祥的是，“我发现了证据，证明气候周期一直持续到今天。”显然，1300年至1850年的小冰河时代并非由人类向大气中释放温室气体引发。但融化北极冰的自然气候周期可能导致温盐环流突然关闭。“我们几乎可以肯定这是上一个小冰河时代的原因，”Ruth Curry说，“尽管我们需要一台时间机器才能确定。”“我意识到这可能是一个重磅炸弹，但我还是冒了风险，”Keigwin说，他于1996年首次发表了他的发现。自那时以来，类似的富沉积物地点证实了他的早期结论。“事实证明，北大西洋可能至少有10个地方可以提供相当好的小冰河时代降温的岩心证据，”他说。最近的一次事件或许更好地证明了气候可能因为温盐环流关闭而迅速降温。在1960年代后期，格陵兰岛东海岸出现了一大团近地表淡水，这可能是1967年大量冰块流入大西洋的结果。被称为“大盐度异常”，它向南漂移，在1970年代初期沉入北大西洋。在那里，它通过迅速阻止拉布拉多海的深水形成而干扰了温盐环流。它继续以逆时针方向绕北大西洋漂移，在1970年代后期重新进入挪威海，不久后消失。“我相信它让系统关闭了几年。结果是冬天非常寒冷，尤其是在欧洲，”Ruth Curry说。幸运的是，那团淡水足够小，可以在短时间内消散。然而，Joyce说，现在聚集在那里的那团淡水“太大了”。气候科学异常复杂，因为它依赖于数百万个数据点的收集和解释。如果国家气象局预测明天的天气都有困难，那么谁又能预测几年后全球气候的变化呢？一个答案是更多的数据。目前，大西洋中大约有450个浮动传感器监测温度和盐度变化，但这还不够，Ruth Curry说。“模型还没有足够的解析度来捕捉所有的物理现象。预测很难。”或者伍兹霍尔的研究人员可能遵循了一个有缺陷的模型。这是哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的气候科学家Richard Seager的观点。他今年将在《皇家气象学会季刊》上发表一篇题为“墨西哥湾流是欧洲温和冬季的原因吗？”的论文，对墨西哥湾流输送的热量对两大洲有显著影响的观点提出质疑。他说，即使大西洋只是一个巨大的停滞海洋，欧洲也会更温暖，“因为盛行的西风仍然会在冬季将夏季储存在大西洋的热量吹向欧洲。”他指出，墨西哥湾流输送的热量，相对于美国而言，只占英国温暖的不到10%。在Seager看来，长时间的冬季温暖比小冰河时代更有可能。“北美东部和欧洲的千磅大猩猩是北大西洋涛动，”他说。这是一种复杂、了解不足的冰岛和亚速尔群岛上空气压单元强度变化。当冰岛上空气压高时，亚速尔群岛上空气压往往较低，反之亦然。在冬季，冰岛上空低于正常水平的低压和亚速尔群岛上高于正常水平的高压将冷空气推向加拿大东部，并将温暖潮湿的空气推向欧洲西北部和美国东部。Seager说，这正是1960年代到1990年代后期发生的情况，这导致大西洋两岸人口稠密地区出现了相对温暖的冬季。“如果这个阶段持续下去，正如一些模型预测随着温室气体增加而发生的那样，这将使这些冬季气候变化在未来几年持续存在，”他说。Seager的观点是少数派。在其他模型中（气候科学最终是不同计算机模型的较量），墨西哥湾流是北大西洋沿岸土地温暖的主要来源。在Ruth Curry看来，目前的科学足以值得我们未雨绸缪。“我们无法知道温盐环流关闭的实际开始时间，”她说。“但我们应该为此做好计划。”
对面：“厄尔尼诺的物理学与这种气候变化的物理学相比简直是小菜一碟，”伍兹霍尔物理海洋学系主任Terrence Joyce与主要研究员之一Ruth Curry说道。摄影：Greg Miller
寒冷残酷
如果小冰河时期降临，其影响将体现在人类的苦难中，而非科学术语。加州大学圣巴巴拉分校人类学教授布莱恩·费根（Brian Fagan）所著的《小冰河时代》（基本图书，2000年）一书，充满了描绘1300年至1850年寒冷时期欧洲农民困境的悲惨故事：饥荒、体温过低、面包骚乱以及残酷压榨日益消沉的农民的专制领导人的崛起。费根写道，在17世纪后期，农业产量急剧下降，以至于“阿尔卑斯山区的村民靠坚果壳粉与大麦和燕麦粉混合制成的面包为生。”芬兰可能有三分之一的人口死于饥饿和疾病。对于那些生活在法国阿尔卑斯山脉不断推进的冰川威胁下的人来说，生活尤其艰难。其中一座冰川，勃朗峰斜坡上的德布瓦冰川，据称“即使在八月，每天也向前移动了一支火枪的距离。”1644年，当德布瓦冰川威胁要堵塞阿尔沃河时，霞慕尼镇的居民恳求日内瓦主教向上帝祈求帮助。六月初，主教在300名村民的簇拥下，祝福了那座威胁性的冰川和拉根蒂埃村附近另一座冰川。一段时间内，救赎似乎近在眼前。冰川后退了大约20年，直到1663年。但它们留下了如此贫瘠的土地，以至于新的作物无法生长。—B.L.
有关伍兹霍尔物理海洋学系工作的更多信息，请访问www.whoi.edu/science/PO/dept。
要探索另一个小冰河时代背后的科学，请参阅国家科学院出版社2002年出版的《突发气候变化：不可避免的惊喜》，网址为books.nap.edu/books/0309074347/html/index.html。
