■格陵蘭島位於北極，是不少科學家進行研究的地方。 資料圖片前兩次和大家分享了科學家們如何利用南極的冰塊去探索地球過去的氣候，嘗試進一步加深我們對氣候系統的理解。今天再跟大家簡單介紹一下和地球氣候有關的有趣問題：地球各處的溫度不一，又是怎樣互相影響呢？
北極熱量傳南極 過程需時二百年
怎樣才可以清楚了解地球南北極之間的氣候是如何互相影響呢？在最近一次冰河時期（大約十一萬五千至一萬二千年前）當中發生的丹斯伽阿德-厄施格爾周期 （Dansgaard-Oeschger event），為回答這個問題提供了很有用的研究方向。這些「周期」由丹斯伽阿德和厄施格爾兩位科學家從北極格陵蘭島的冰層中發現。這些冰層顯示，在這個冰河時期中，格陵蘭島曾經歷了25次氣溫急速上升，例如在數年之間，格陵蘭島的溫度可以上升超過攝氏10度，然後再慢慢下降，而在其他時期，通常只會在三四十年中變暖5度。
研究指出，北極的這些「高溫」最終真的會傳到南極，因此容許我們窺探南北半球的氣候系統是如何相互聯接。
南北極溫度的關連，可以用一個「搖搖板」模型去理解。在這個模型下，格陵蘭島變暖是因為在北大西洋的水流加快從水面沉進深海，因而將較多的熱量「鎖」於北半球，以致南極逐漸變冷。一般來說，這些能量需時200年才能慢慢傳至南極，影響當地的溫度。
當北大西洋的水流緩慢甚至停止下來，南北極的狀況正好逆轉：這個時候格陵蘭島就會變得寒冷，而格陵蘭島冷得愈久，南極大約200年後就會變得愈暖。現在大家應該可以理解這個為什麼被叫作「搖搖板」模型：南北極的溫度就像處於搖搖板的兩端，當一端下降得愈低，另一端就會上升得愈高。
搖搖板大影響 一邊高一邊低
這當然不應該是故事的全部：除了水流把南北極的氣候連繫起來之外，氣流也應該有類似效果，而且反應應該更快。比方說以上提及的北極急速變暖，會令地球赤道附近的熱帶雨雲向北移，繼而影響下雨的模式，影響收藏於冰層中的水分。
要研究這樣的關聯，大氣中的甲烷正好提供了一個有用的指標。大氣中的甲烷能夠迅速地散播全球，而且大氣中的甲烷成分會受到北極溫度的影響，因此可以用來顯示南北極天氣改變的時間。2015年的一個研究，就利用甲烷將格陵蘭島冰塊形成的年代與南極西面的冰層聯繫起來。
華盛頓大學的Bradley Markle和他的研究夥伴，也利用了氫的一種同位素氘（deuterium）去察看冰塊裡所記錄的南北極氣候的關連。在2017年發表了他們的研究成果，指出南極西邊的冰層，的確在北極氣溫急劇上升數十年後就受到影響，這樣的影響散佈的速度比200年後才升高的南極溫度快得多。
俄勒崗州立大學的Christo Buizert研究團隊，想知道這些氣候改變的證據是否只局限於南極洲的部分區域。他們留意到過去地球所發生的一些火山爆發，會在冰層中遺下硫酸化合物。他們將南極洲西部的冰塊與南極洲其他地區的冰層互相比較，利用硫酸化合物的分量去鎖定不同地區冰層的關係，最後發現之前提及的南北極的快速相互作用，並不只限於南極洲的某一部分，而是整個南極洲都受到影響。
由此看來，南北極之間有着不同速度的聯繫：由水流散播的溫度改變需時較多，大約需要200年；由氣流傳播的降雨改變需時較少，只需數十年就可以從北極「走」到南極了。■張文彥 香港大學理學院講師
短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。