一只被標(biāo)記過的海象在南極的法國領(lǐng)土Kerguelen島上曬太陽。海象被標(biāo)記為法國國家科學(xué)研究中心(CNRS)一項(xiàng)名為SO-MEMO(觀察系統(tǒng)-哺乳動物海洋環(huán)境采樣器)的研究項(xiàng)目的一部分。

當(dāng)海豹上岸繁殖或蛻皮時(shí)，標(biāo)簽——實(shí)際上是帶有天線的傳感器——根據(jù)既定的道德標(biāo)準(zhǔn)被粘在海豹的頭上。當(dāng)海豹返回陸地時(shí)，研究人員取下標(biāo)簽來獲取數(shù)據(jù)。如果它們錯(cuò)過了一個(gè)標(biāo)簽，它會在下一個(gè)蛻皮季節(jié)隨著死皮一起脫落。

南極繞極洋流環(huán)繞南極洲，連接大西洋、太平洋和印度洋。它是我們氣候系統(tǒng)中最重要的洋流之一，因?yàn)樗龠M(jìn)了與之相連的海洋之間的熱量和其他性質(zhì)的交換。

但是，目前還不完全了解洋流是如何把熱量，特別是從海洋的頂層垂直地傳到底層，反之亦然。這種水流非常湍急，產(chǎn)生的漩渦——類似于大氣中的風(fēng)暴——直徑在30到125英里(50到200公里)之間。它還跨越了大約13000英里(21000公里)，穿過世界上一個(gè)特別遙遠(yuǎn)和荒涼的地方，使它成為科學(xué)家——至少是人類——觀察和測量最困難的洋流之一。

利婭·西格爾曼(Lia Siegelman)是加利福尼亞州帕薩迪納市(Pasadena)美國國家航空航天局(NASA)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(Jet Propulsion Laboratory)的一名訪問科學(xué)家。

這只海豹裝備了一個(gè)讓人聯(lián)想起小帽子的特殊傳感器，在三個(gè)月的航程中，它游了3000多英里(4800公里)，其中大部分是通過南極環(huán)極洋流湍急、渦流豐富的水域。在這段時(shí)間里，海豹每天在550到1090碼(500到1000米)的深度潛水約80次。與此同時(shí)，它收集了一系列連續(xù)的數(shù)據(jù)，為研究在這個(gè)不穩(wěn)定區(qū)域海洋層之間熱量的垂直移動提供了新的視角——這種視角使我們更接近于了解海洋能夠吸收多少來自太陽的熱量。

這張3D示意圖展示了被標(biāo)記的海象如何通過長距離游泳和在南極洲附近的湍流水域潛入深海來收集數(shù)據(jù)。衛(wèi)星數(shù)據(jù)被用來識別海豹游過的水域的特征。藍(lán)色代表寒冷、稠密的水。紅色區(qū)域密度較低，通常較溫暖。

最近，Siegelman和她的合作者在《自然地球科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇新論文，他們將海豹的數(shù)據(jù)與衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)結(jié)合起來。海洋表面的衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示了漩渦在洋流中的位置，以及海豹游過的漩渦。通過分析這些數(shù)據(jù)集，科學(xué)家們特別關(guān)注了較小的海洋特征在垂直熱傳輸中的作用。Siegelman對結(jié)果感到驚訝。

她說：“已知這些中等大小的渦流會推動小尺度鋒的產(chǎn)生——水密度的突然變化類似于大氣中的冷鋒和暖鋒。”“我們發(fā)現(xiàn)，這些鋒面明顯深入海洋內(nèi)部約500米(550碼)，而不像許多研究表明的那樣只在表層，而且它們在垂直熱量傳輸中發(fā)揮了積極作用。”

根據(jù)Siegelman的說法，他們的分析表明這些鋒面就像管道一樣，將海洋內(nèi)部的大量熱量輸送回表面。她說：“目前大多數(shù)的模型研究表明，在這些情況下，熱量會從海洋表面轉(zhuǎn)移到海洋內(nèi)部，但根據(jù)海豹提供的新觀測數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)情況并非如此。”

海洋表層只能吸收有限的熱量，然后自然過程，如蒸發(fā)和降水，開始冷卻它。當(dāng)深海鋒把熱量送到表面時(shí)，熱量使表層升溫，并將其推近其熱閾值。所以從本質(zhì)上說，在有這種動力存在的區(qū)域，海洋不能像其他地方那樣從太陽吸收那么多的熱量。

目前的氣候模型和那些用來估計(jì)地球熱量收支的模型并沒有考慮到這些小范圍海洋鋒的影響，但是論文的作者認(rèn)為它們應(yīng)該考慮。

Siegelman說：“對這些小規(guī)模鋒面的不準(zhǔn)確描述可能大大低估了從海洋內(nèi)部轉(zhuǎn)移回海洋表面的熱量，因此，可能高估了海洋能夠吸收的熱量。”“這可能對我們的氣候和海洋在通過吸收大部分熱量抵消全球變暖影響方面的作用產(chǎn)生重要影響。”

科學(xué)家們說，這種現(xiàn)象也可能存在于海洋的其他湍流區(qū)，包括大西洋的墨西哥灣流和北太平洋的黑潮。

盡管他們的研究結(jié)果意義重大，Siegelman說，還需要更多的研究來充分理解和量化這些前沿可能對全球海洋和氣候系統(tǒng)的長期影響。例如，這項(xiàng)研究是基于春末夏初的觀察。結(jié)果可能在冬季更為明顯，此時(shí)這些小規(guī)模鋒面趨向于更強(qiáng)。這一研究機(jī)構(gòu)還將受益于其他地點(diǎn)的其他研究。