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膾炙人口的好萊塢災難片「明天過後」，描述全球發生氣候災變的景象：冰期無預警降臨，北美數百萬居民逃離家園，湧入陽光普照的墨西哥；瑟縮在乾凍的紐約市裡相依為命的最後幾人，則成了狼群虎視眈眈的獵物；龍捲風肆虐美國加州，日本東京則遭巨大冰雹襲擊。
來勢洶洶的氣候遽變（abrupt climate change），將來可能隨時發生嗎？或者這只是美國福斯電影公司異想天開？若說兩者皆是，似乎也不為過。大部份氣候專家都同意，往後的數十年內，我們尚無需擔憂會碰上成熟的冰期。不過，令人猝不及防的戲劇化氣候變遷，以往突襲地球的例子不只一次，未來也不無舊事重演的可能。事實上，這種情形也許無法避免。
同樣無法避免的，還有人類面臨的潛在威脅。突如其來的暖期或許使某些地區的氣候較為宜人，卻可能令別處更加酷熱難耐；短冷期裡的冬季讓人凍僵，重要航道也因而結冰堵塞；嚴重的乾旱，把曾經肥沃的土地，變成無法耕種的不毛之地。這些結果之所以特別難熬，是由於突發性的氣候變遷通常會持續好幾世紀甚至數千年之久。的確，某些古代社會的式微，一度認為是社會、經濟與政治力所致，現在多被歸咎於氣候的急速轉變。
氣候遽變的魅影10幾年來已吸引為數可觀的科學研究投入，但攫獲製片商、經濟學家與政策制定者關愛的眼光，不過是最近的事。隨著大量關注而來的，則是與日俱增的困惑：是什麼觸發了這類變化？未來會變成何等光景？未經深思熟慮的觀察者可能認為，迅速的氣候轉變，會削弱人為的全球暖化效應。但新的證據指出，全球暖化比以往還令人擔憂，因為它可能正是導致地球氣候遽變更快發生的推手。
格陵蘭冰心裡的證據
如果沒有1990年代初期自格陵蘭廣袤的冰原所鑽取的冰心，科學家對於氣候具有躍進至截然不同狀態的能力，絕不會有通盤的理解。這些巨大的冰柱中，不乏長達三公里者。橫跨過去11萬年的氣候記錄，便巨細靡遺地埋藏其中。研究人員利用不同的方法，辨識冰心中的年紋層並為它們定年；解析冰晶成份，便知結冰當時氣溫。
這類研究道出了一段波動劇烈的氣候史：在長期的深凍之間，夾雜著短暫的暖期。格陵蘭中部經歷過多次短冷期，都是在短短數年內便降至6℃的低溫。另一方面，僅僅10年的光景，當地氣溫便回升至10℃以上，幾乎達前一次冰期高峰以來的升溫幅度之半。其中，發生於1萬1500年前的氣溫躍升，幅度之大，猶如把美國明尼亞波利與俄羅斯莫斯科，變得像美國亞特蘭大或西班牙馬德里般燠熱。
冰心不僅令格陵蘭發生的事件無所遁形，也透露世界上其他地區的狀況。研究人員假定，北極地區升溫10℃的現象，其實是一次暖化事件的冰山一角。該事件席捲北半球遼闊的狹長地帶，並使該區域及遠處的降水量增加。就格陵蘭而言，冰晶的年紋層厚度顯示，當地的確曾發生一年內降雪倍增的現象。經分析冰晶中挾帶的古氣泡後證實，同時期的其他地區亦處於較潮濕的狀態，與科學家的推測吻合。特別是氣泡中甲烷含量的測定結果顯示，在驟暖期間，這種沼氣進入大氣的速度比往常快50%。在濕地遍佈熱帶地區時，以及北方逐漸回暖之際，甲烷最有可能進入大氣。
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墨西哥猶加敦半島的湖泊沉積物中埋藏的貝殼化石，記錄了突發性的嚴重乾旱。
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冰心中還蘊藏著別的證據，有助於科學家了解各時期的其他環境細節。例如，冰晶中夾雜著源於亞洲的沙塵，便點出盛行風的起源；溫暖時期的冰層較少見到被風吹來的海鹽及遠方的火山灰，研究人員因而推論當時的風勢必然較緩。諸如此類，冰心裡的線索持續增加中。
格陵蘭的冰層記錄中，劇烈的氣候遽變事件出現不下20次。典型暖期開始後的數百年至數千年內，氣候先緩慢轉冷，接著在一世紀左右的短期內迅速冷卻。之後，另一段為期僅僅數年的暖化過程，再度開啟了相同的模式。氣候最冷的時期裡，冰山曾向南漂抵葡萄牙沿岸；最近一次短冷期稱為小冰期，始於公元1400年左右，並持續了500年。當時氣候條件並非最極端，卻可能是迫使維京人自格陵蘭絕跡的元兇。
即使全球氣候可能具有共通的成因，北方所呈現的驟暖與驟寒，卻與其他地區截然不同。格陵蘭的寒冷潮濕，與歐洲及北美洲特別乾冷且風勢強勁的狀態有關；這兩種狀態發生在南大西洋與南極洲正值異常溫暖的天候之際。研究人員根據其他資料來源，發現了額外的線索，拼湊出地區性氣候史。這些線索來自高山冰河的冰、樹木年輪的厚度，以及湖泊和海洋底部的古代淤泥中所保存的花粉和貝殼種類。
證據更顯示，降雨遽變所造成的衝擊，不亞於氣溫的波動。北方的寒冷期通常會為非洲的撒哈拉地區及印度帶來乾旱。約5000年前，一次突發性的旱災，將撒哈拉地區湖泊密佈的翠綠景觀，變成如今黃沙漫天的炙熱荒漠。1100年前左右，為期兩個世紀的乾期，顯然是將墨西哥與中美洲一帶的馬雅古文明推向滅絕深淵的兇手。近代，聖嬰現象與北太平洋的其他反常現象，曾三番兩次牽動天氣模式，達到足以引發意外乾旱的程度，其中的一次導致了1930年代美國的沙塵暴。
驅動氣候遽變的因子
過去所有嚴峻的氣候變遷，本質上都有著相同的起因，無論是暖期、短冷期亦或冗長的乾期。每次事件中，氣溫或其他物理狀態的逐漸轉變，會將關鍵的氣候驅動因子推向一道無形的門檻。一旦越過門檻，氣候驅動因子便連同氣候本身，翻轉至另一全新狀態，而且通常會持續好一陣子。
跨越氣候的門檻如同翻轉獨木舟。倘若你正乘坐獨木舟划過湖面，當你慢慢地傾向一側，獨木舟也會隨之傾斜。若你將獨木舟推向臨界點，一旦超過，小船便無法繼續保持平衡，只要再傾斜多一點，小船就會翻覆。
跨越門檻導致歷史上多數極端的氣候轉變，也指出未來值得關切的課題。例如，為了解釋格陵蘭的冰心所記錄的冰期，大多數科學家皆提出北大西洋洋流行為改變的說法，因為洋流對其所經區域的長期氣候模式，具有決定性的影響。
在南半球受日照加溫的大西洋鹽水往北流過赤道時，北美洲東部與歐洲便享有如今日般的溫和氣候。冬季期間，來自南方的鹽水流到遙遠北方後溫度降低，密度上升到足以在格陵蘭東西兩岸下沉，再順著海床流向南方。冷水下沉時，從南方向北流的暖流則取而代之。下沉的水體於是驅動所謂的「輸送帶環流」，使北方變暖而南方變冷。
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均衡作用：地球上的氣候，通常會維持特定狀態達千年以上。然後，在幾乎無法預測的時點，氣候系統中的若干態勢宛如蹺蹺板過於傾向一端，全球的氣候狀態便急轉直下，成為完全不同的狀態。
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冰心內的證據顯示，北大西洋水體鹽度降低後驟冷時期才開始，這或許是由於淡水湖的水衝破冰河築成的屏障流入海中所致。研究人員明白，北大西洋的淡化會導致輸送作用減緩甚至停頓，從而改變氣候，因此他們認為，淡水突然湧入是跨越關鍵性門檻的初期階段。
從南方流入的海水，受到由陸地注入的淡水而稀釋，鹽度變低，密度亦隨之下降。變淡的海水可能根本沒機會下沉，便已結成海冰。隨著下沉作用停頓及輸送作用中止，北方降下的雨雪無法被推送至深海並帶走，而累積在海面，更進一步淡化北大西洋。此後，輸送作用持續沉寂，使鄰近大陸的氣候更接近西伯利亞。
別在獨木舟上跳舞
上一次北大西洋最大的短冷期至今，已過了8000年。人類真正朝著對的方向「傾斜」，而使氣候的獨木舟免於翻覆嗎？或許如此。但多數氣候專家反而覺得，我們正猛力搖晃著這葉扁舟，因為我們飛快地改變世界的眾多形貌。其中，人類活動導致大氣中的溫室氣體濃度升高，加速全球暖化效應的情況，尤其令人憂心（詳見《科學人雜誌》2004年4月號〈拆除全球暖化定時炸彈〉）。
聯合國認可的「政府間氣候變遷研究小組」預測，往後的100年間，全球平均氣溫將升高1.5~4.5℃。許多有同樣推估的電腦模式，也預測北大西洋的輸送作用將會減緩。諷刺的是，漸進的暖化可能導致氣溫急降好幾度。不確定因子比比皆是，雖未必形成新的冰期，但所造成的變化，相較於小冰期時，英國倫敦泰晤士河凍結、冰河自阿爾卑斯山上轟隆而下，可能有過之而無不及。
相較於向北蔓延的寒冷期，衝擊著全球其他地區的有害效應，或許才是更大的疑慮所在。橫跨非洲及亞洲廣闊區域的氣候記錄顯示，北大西洋區域的溫度只要低於周邊的陸地，平日受益於強烈季風期的地區就特別乾燥。甚至連輸送作用減緩所衍生的冷卻效應，都可能足以引起乾旱。仰賴季風灌溉作物的人口多達數十億，因此即使只是輕微的乾旱，都可能導致全球性飢荒。
即便是置身極端嚴寒或乾旱地區外的人們，未來的日子也可能因北大西洋鹽流的淡化與冷卻，而陷入更艱難的困境。此類廣泛的衝擊令美國國防部如坐針氈，因而要求名為「全球企業網絡」的智囊團，評估北大西洋的輸送作用完全停止時，有無危害國家安全的可能。包括筆者在內的許多科學家，都以為輸送作用溫和減緩的機率遠高於完全停頓。
無論如何，基於其潛在的嚴重性，我們最好先做最壞的打算。全球企業網絡的報告中陳述：「全球的緊張情勢可能升高……掌握資源的國家可能在四周樹起無形的堡壘，防止資源外流。至於沒那麼幸運的國家……可能得開始苦思糧食、飲水或能源的取得之道。」
「非旱即澇」之災
即使北大西洋的輸送作用永不減緩，全球暖化仍可能致使其他地區的氣候條件超過門檻，而變得令人頭痛不已。許多橫亙在中緯度大陸內地的穀倉地帶，面臨著旱期延長的區域性風險。大多數氣候模式的計算結果顯示，無論北大西洋發生何事，這些地區在夏季時的乾旱情況，會隨全球平均氣溫的升高而加劇。預測一致指出，溫室效應的暖化作用，可能以猛烈的風暴和洪水等形式，使總降雨量增加。然而，這些事件本身就是個燙手山芋，根本不必指望能靠它們來紓解旱災。
【本文轉載自《科學人雜誌》2004年12月號】
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