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轻松读懂海洋(7)海陆地质开关—直布罗陀海峡与地中海溢出流 精选

已有 4259 次阅读 2021-12-26 12:31 |系统分类:科普集锦

全球气候变化不只是受控于太阳的辐射量,而且与海洋和地球表面的构造过程和海陆分布格局密切相关。洋流流动同时会受控于大洋周边的边界条件,以及不同水体之间的物质交换。

在军事上有一些要塞,控制着战争的全局。比如三国演义中的街亭,此地的得失,决定着战局的发展。在海洋地质中,也存在着这样的重要地点,类似于水龙头的开关,对整个大洋环流、物质组成和气候系统起到重要的控制作用。

地中海(Mediterranean Sea)被亚欧非三块大陆包裹,西面有一个自然形成的直布罗陀海峡(Gibraltar strait)与大西洋相连。在英文Mediterranean中,Medi表示在之间的意思,Terra表示陆地,所以合作一起就表示在陆地之间的一块地方。地中海东部则通过更加狭窄的土耳其海峡与黑海相连。上个世纪末,中国创律旅游娱乐公司买下前苏联的“瓦良格号航母,就是通过这个海峡回到中国。在地中海的东南角,非洲和亚洲连在一起,没有自然的水道相通。于是,人类开凿了苏黎世运河,把地中海和红海连接在一起,极大地促进了欧洲和亚洲的贸易往来。

地中海、黑海和里海,是非洲和欧亚大陆碰撞过程中形成了遗留产物。只不过里海和黑海基本被封死,而地中海还剩下直布罗陀海峡开口。如果非洲持续向北运动,早晚有一天,直布罗陀海峡又会完全封闭,地中海就再次成为名副其实的内陆封闭海。当然,这还要取决于地中海东边的红海是否完全裂开,因为那里是非洲大裂谷所在处,目前正在缓缓开裂。

之前我们提及,当大西洋的水从南向北流经地中海外海域时,从地中海流出来的温热咸水增加其盐度,当这种盐度增加的海水流到高纬度地区时,更容易下沉形成NADW。也就是说,地中海高盐度海水的形成与外溢,对全球气候影响极大。我们通过反向试验也能证实,大西洋海水能否形成NADW,其盐度变化并不需要很大。如果在大西洋高纬地区加入一些淡水,就能让大西洋表面海水盐度降低,从而阻断NADW的形成。如果没有MOW,模型模拟结果显示,NADW可能会减少15%,北大西洋的海水温度有可能降低一度。

地中海地区目前夏天炎热干燥,蒸发量很大。而到了冬季则温暖湿润。我们生活在中国北方,就无法体验这种特殊的地中海气候。地中海沿岸长了很多橄榄树,其橄榄油味道非常好。地中海的水汽可以北西风吹到亚洲内陆。比如,在塔克拉玛干沙漠西部,其降雨特征就明显属于地中海气候,而在其东部地区,亚洲季风的特征会逐渐增强,也就是夏季降雨量多与冬季降雨量。如果参数敏感,这一地区是研究亚洲季风和西风之间关系的良好地区。

地中海与大西洋的海水,在很久以前是相通的。当时间到了5.55-5.33百万年时,直布罗陀海峡的地质地貌对地中海与大西洋的海水交换开始产生重要影响。从地中海通过直布罗陀海峡溢出的水叫做MOWMediterranean Outflow Water),MOW的深度在400-1400米之间,刚好加在大西洋表层水和NADW之间。MOW目前的密度比外围大西洋的海水高。这种密度流,在二战期间起到了重要作用。潜水艇不用开马达,顺着MOW密度流,就可自动从地中海进入大西洋。

5.56-5.33Ma之间,发生了一场地中海盐度危机。5.56Ma时,地中海与大西洋之间的海道被切断,直布罗陀海峡隆起,于是,地中海的海水被快速蒸发干,形成了巨厚的盐层。这时候,非洲和欧洲两地的动物可以自由穿往地中海。受到大西洋海水的侵蚀以及构造运动的影响,到了5.33Ma,直布罗陀海峡顶部被侵蚀,大西洋的海水从3000多米的高度倾盆而下,把地中海灌满。大家可想而知,这种巨大的变化对全球前以后也造成重大影响。比如,地中海被填满水后,西风又可以带来很多水汽到亚洲内陆。不知道5.33Ma这场大洪水是否记在了早期古猿的脑海中,那时候还没有语言,没有文化记录。但是这种类似的大洪水故事,在智人时代,在各民族文化中都有记录,乃至于大家都倾向于相信这不是神话。

地中海的海水被灌满了,但是要形成高盐度的地中海海水还需要时间。通过反复的蒸发,地中海盐度逐渐增加,到了4.5-3.5MaMOW开始逐渐慢慢形成。3.2-3.0以及2.4-2.1Ma,之间,MOW得到重要加强。以上这些古老的故事,科学家是怎么确定的呢?

证据来源于两个:强烈的地层侵蚀和大西洋与地中海MOW之间的相互交换关系。这些都能从地质记录中获得。当MOW增强时,会让海底的沉积层变得不稳定,出现间断层。研究地中海地层会发现,2.1Ma之后,地层就非常稳定,出现大面积的水平地层,这说明MOW已经很稳定了,形成了新的稳定沉积模式。

4.5-3.5MaMOW作为中层水,增加了大西洋中层水的密度,刚好部分阻挡大西洋水流向太平洋,因为此时,巴拿马海峡还没关闭,太平洋和大西洋的水还可以交换。从而在大西洋这边,增加的水量会增加大西洋的环流,对大西洋初始的深层环流起到助推作用,AMOC也开始整体增强。

3.2-3.0以及2.4-2.1MaMOW的进一步加强使得气候系统变得更敏感,天文轨道周期的作用被放大。

当然,地球在同一时期会有很多事情发生,比如在3Ma,中美地峡也开始封闭,进一步增强了AMOC的形成。但是,中美地峡封闭和地中海MOW的增强,会起到双子星的作用,共同加强AMOC,从而气候体系逐渐向现代气候模式转化。

NADWAABW的形成与稳定需要时间,其交界面类似于顶牛行为,对于气候体系的稳定起到至关重要的作用。目前,在暖期,这个交界面靠南,冷期时,则又偏向北。这对于深层水的冷却,CO2的吸收,以及营养物质的搬运等,都起到连锁反应。

总之,地球上重大的气候模式变化,与地质构造密切相关。




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