为什么我们对海平面上升的直觉是错误的

J几十年来，Erry Mitrovica一直在推翻被接受的智慧。他在哈佛大陆的一个固体地球地球物理学家研究了地球的内部结构和过程，这对来自气候学的领域有影响到人类迁移的时机，甚至在其他行星上寻找生活。在他的职业生涯早期，他和同事们表明，地球的构造板块不仅从一边移动到一侧，创造了大陆漂移，也是上下。通过从现代地球科学的水平向垂直重新聚焦的关注，他帮助找到了他所昵称的东西后现代地球物理学。最近，米特罗维察恢复了长期以来对造成海平面巨大地理变化因素的认识，这对今天研究冰川和冰盖的气候变化具有重要意义。

我们在米特罗维察宽敞的办公室里采访了他，他的办公室紧挨着哈佛著名的矿物收藏馆。尽管他是一位经验丰富的公众演说家，并获得过无数奖项，但他本人说话时却很轻柔，并能转移观众的掌声。他经常提到对他的工作有启发和贡献的同事、研究生和导师。

你最近的一些研究是从海水对冰盖的吸引力开始的。这似乎令人惊讶。

这只是牛顿的着勇定律，适用于地球。像太阳和月亮一样的冰盖，在周围的水上产生引力。毫无疑问。

当像格陵兰冰盖这样的大冰川融化时会发生什么?

三件事发生。一是你把所有的融水都倒进了海洋。因此，如果冰盖像今天这样融化的话，整个海洋的质量肯定会上升。第二件事是冰盖对周围水施加的引力减弱了。因此，水会从冰原中流失。第三件事是，当冰盖融化时，冰盖下的土地会凸出;个篮板。

那么，冰盖融化、水流和重力减小的综合影响是什么呢?

重力有很强的作用。当冰盖融化的时候，海平面会下降在冰盖融化的附近。这是违反直觉的。问题是，在重力减弱和地壳上升的影响小到足以让海平面上升之前，你要走多远的冰原?这也是违反直觉。它离冰原有2000公里远。因此，如果格陵兰冰盖明天灾难性地崩塌，冰岛、纽芬兰、瑞典、挪威——所有这些都在格陵兰冰盖2000公里半径范围内——的海平面将会下降。在格陵兰岛海岸可能会有30到50米的落差。但你离格陵兰岛越远，付出的代价就越大。如果格陵兰冰盖融化，南半球大部分地区的海平面将比全球平均水平高出约30%。 So this is no small effect.

上次我们像今天这样温暖的时候，我们认为最不稳定的冰盖消失了。

南极洲的融化会发生什么?

如果南极冰盖融化，海平面会在南极附近下降。但在北半球，它的上升幅度会超过你的预期。这被称为海平面指纹，因为每个冰盖都有自己的几何形状。格陵兰岛产生了海平面变化的几何图形，南极也有自己的几何图形。高山冰川有自己的特征。这就解释了海平面的很多变化。这也是一个非常重要的机会。如果有人否认气候变化，因为他们说海平面的变化有地理上的差异——它不是均匀上升的——你可以说，“好吧，这是错误的，因为冰原融化时，海平面会产生地理上的变化。”你也可以用这个可变性来表示这个百分比来自格陵兰岛，这个百分比来自南极，这个百分比来自高山冰川。你可以找到熔化物的来源。 And that’s an important argument from a public-hazard viewpoint.

为什么熔体的来源很重要?

如果你住在美国东海岸或荷兰，你不必担心全球平均海平面上升会造成什么后果。几年前的夏天，我在荷兰，试图说服荷兰人，如果格陵兰冰盖融化，他们比南极冰盖融化更不用担心。但它并没有引起注意。当我公开演讲时，人们只是摇头。当我在融化的(格陵兰岛)冰盖附近展示这个靶心时，他们不相信，这个地区的海平面将会下降。我们的直觉来自于沿着海岸线行走或打开水龙头。这并不是考虑如果大型冰盖融化会发生什么。

为什么你如此确信世界上的冰川，包括极地冰盖，将继续融化?

在这个变暖的世界里，有一种方法可以帮助我们了解未来的发展方向，那就是建立一个气候模型。另一种方法是回顾过去，问问上次我们这么暖和或者稍微暖和一点的时候冰盖发生了什么。我们现在正处于间冰期，即冰河周期之间的温暖期。如果人类没有使气候变暖，地球可能会在未来进入另一个冰河世纪。在这次间冰期之前的最后一次间冰期大约是在12万年前。当然，12万年前，人类对气候没有任何影响。这是自然气候变化。

上次气候如此温暖的时候，冰盖做了什么?

上次我们像今天这样温暖的时候，我们认为最不稳定的冰盖消失了，尽管时间很长。那么，我们为什么要期望这个问题在接下来的几百年到几千年里会有所不同呢?没有理由相信它，除非我们做些什么来扭转我们正在做的事情。

好的。所以我们预计气候变暖会导致冰盖融化，海平面上升。但我们现在看到的证据是什么呢?

20世纪的平均海平面变化每年1.2毫米。我们在过去20年中看到的是每年平均三毫米 - 这是从20世纪到现在增加的两年半增加。因此，这是解决它没有改变的怀疑论者的良好方法，或者它不会变得更糟。它已经变得更糟。如果您回顾千年，您可以随时使用各种工具。一个是eclipse记录，一个是罗马鱼缸。

关于海平面，罗马的鱼缸告诉了我们什么?

在奥古斯都时代，富有的罗马人建造了养鱼的鱼缸。渔夫们会带着鱼来，他们会把鱼放在那里，这样当他们吃鱼的时候，鱼是新鲜的——他们想让鱼存活几天或几周，或者其他什么时间。罗马人是工程师，所以他们建造这些鱼缸的高度与当时的海平面相当精确。你不希望墙太低，因为在涨潮的时候鱼会游出来;你不希望它太高，因为你想要潮汐来刷新水箱内的水。

澳大利亚国立大学(Australian National University)教授库尔特·兰贝克(Kurt Lambeck)认识到，通过观察这些鱼缸现在的海拔高度，我们可以了解到海平面在此后的2500年里是如何变化的。如果海平面在过去2500年里以20世纪的速度上升，那些鱼缸就会在4米深的水下——12英尺深——我可以向你保证，事实并非如此。你可以看到它们。你可以沿着海岸走，它们是可见的。这告诉我们，海平面不可能以我们在20世纪看到的速度上升，在更早的一段时间内。在过去的2500年里，海平面并没有像20世纪那样上升。

这是一种完全不同的方式来显示冰盖正在融化。

2500年前巴比伦的日食记录能告诉我们什么关于气候变化的信息?

当我们看日食记录时，我们可以说“这是巴比伦日食记录的时间。”现在，我可以计算一下，如果现在的地球自转速度在日食和现在这段时间内保持不变，巴比伦日食应该是什么时候发生的。希腊，阿拉伯，巴比伦，中国的日食都是如此，英国的教授f·理查德·斯蒂芬森就是这么做的。像他之前的其他人一样，他将一系列这样的日食列成表格，显示了过去几千年里地球自转速度的明显放缓。假设你有两个2500年前同步的时钟。一个完美地计时，另一个与地球相连，而地球的自转速度正在变慢。在2500年的时间里，它们会失去同步大约4个小时。这就是减速的程度。所以我们知道的是，在过去的2500年里，地球的自转速度减慢了。但地球的减速并不是我们能准确预测的。

为什么你希望地球的旋转速度慢？

我只是发表这篇论文在科学的进步芒克谜机我们发现它来自三种不同的效应。一个是所谓的“潮汐消散”。潮汐撞击海岸线，每一次潮汐都会耗散能量，由于各种原因，它们会减慢地球的自转速度。另一件我们讨论过的事情是在地核，也就是铁，和地幔的岩石部分之间有一个非常微妙的耦合，地幔的作用是改变地球表面的自转速度。

就像汽车里液体的摩擦力是一个变速器;这和地球内部和外部的联系有多紧密有关?

不是摩擦力，但也很接近。而是一种流体与另一种流体以不同的速度运动。如果它们不同步，它们的速率将相互影响。但正如你所说，这是一种联系。

这是另一个效应。地球物理学家称之为地核-地幔耦合。我们可以相当准确地预测这两种情况，但仍然有差异，而这种差异是由冰河时代造成的，我们对此进行了建模。我们有潮汐消散，地核-地幔耦合，现在我们加上冰河世纪效应，我是这方面的专家。你瞧，当我把这个加到另外两个效应上时，我得到的正好是我看到的四小时的减速。

什么是冰河时代的影响？

地球正变得越来越圆，因为2万年前我们在两极有更多的冰。当冰原在两极时，它们从两极挤压地球，使地球变平。当冰盖融化时，这种扁平感开始反弹，我们变成了球形，所以我们的旋转速度应该会增加，就像芭蕾舞演员或花样滑冰运动员一样。冰河时代的修正是旋转速度的加快。

因此，这三个因素——核-幔耦合、极地冰后反弹和潮汐消散——解释了直到20世纪地球速度的变化。现在发生了什么?

我们想用同样的冰河时代模型来校正20世纪地球自转的变化。当我们这样做的时候，我们得到了一个我们还没有解释的差异。现在我们说;好吧，也许这是由于极地冰盖融化或极地冰川融化。

这样做的方法就是去IPCC，他们的上一份评估报告，看看山冰川融化的计算，因为那些表格表明冰盖在20世纪没有改变这么多。在过去的20年左右，冰盖只有真正开始融化，但冰川在20世纪突然出现。我们采取冰川融化，即IPCC告诉我们，计算其对旋转的影响，并且一个效果就像图溜冰者一样减缓地球的旋转，并将其与这些冰适赖校正的观察结果进行比较。

水从冰川流出，减缓了地球的自转速度，这一次是不是类似于花样滑冰运动员伸出双臂?

对。冰川大部分都在轴附近。他们靠近北部和南极，大部分海洋不是。In other words, you’re taking glaciers from high latitudes like Alaska and Patagonia, you’re melting them, they distribute around the globe, but in general, that’s like a mass flux toward the equator because you’re taking material from the poles and you’re moving it into the oceans. That tends to move material closer to the equator than it once was.

所以融化的高山冰川和极地帽正大量向赤道移动?

是的。Of course, there is ocean everywhere, but if you’re moving the ice from a high latitude and you’re sticking it over oceans, in effect, you’re adding to mass in the equator and you’re taking mass away from the polar areas and that’s going to slow the earth down. That’s the calculation we did. We also computed how those glaciers would affect the orientation of poles. In both cases, when you do that calculation and you compare it to this ice age corrected satellite and astronomical observations, you fit them precisely.

我们在这最近的一篇论文显示,当你看现代数据旋转和你正确的冰河时代,你有剩余的,剩余的正是它应该是如果它是由于这种融化全球变化科学家相信发生在20世纪。

有些事情你可以解释，但作为一名科学家，你总是要面对违反直觉的事情。

通过所有这些步骤，计算结果令人惊讶。

这是一种完全不同的方式来显示冰盖正在融化。这是一个很好的方法，因为如果你看着格陵兰岛，你会说，“哦，它在南部融化，我可以看到冰在减少，”你不一定知道它在北部发生了什么。你无法很好地综合了解格陵兰冰盖的情况。但旋转并不在乎南北方向，它只在乎有多少质量从格陵兰岛进入海洋。所以旋转提供了科学家所说的一种非常优雅的测量极地冰盖质量平衡的综合方法。

什么激发了你成为一名科学家？

在我家，我们讨论文艺复兴历史的次数比我们讨论科学的次数还多。我是家里唯一的科学家。我进入了一个叫做工程科学或工程物理的项目。我在大三的时候上了一门板块构造学的课，我当时想，“哇!”我的第一篇论文——不是我的主意，而是我导师的主意——是关于5千万到8千万年前北美西部洪水的成因——那是相当令人兴奋的。你在研究生院做了几年的研究，你刚刚发表了一篇论文解释了为什么北美西部会被淹没。

解释是什么?

有人说这是一些冰效果，冰量已经改变了。人们更常见的是，它与构造板材的速度的变化有关。但在我的工作和一些同事的工作中，我们表明，当大陆洪水通常是由于不在海平面的某种全球变化而导致的那些事件。相反，它是由于非洲大陆本身的垂直运动，对驾驶板构造和驾驶大陆的流动越来越多地反应。

你的很多结果看起来都很抽象，违反直觉。这是巧合吗?

在我们的科学中有许多有趣的问题，你可以用眼睛看到。但你的眼睛会欺骗你。伟大的物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)曾经在他的物理课开始时，向学生们展示他们的直觉可以帮助他们走很长的路。他们可以凭直觉得出大致正确的答案。然后他就会向他们抛出一些反直觉的例子。然后他说，“这就是为什么你需要物理学。你需要知道什么时候你的直觉可能会出错。”我绝对是费曼的信徒。有些事情你可以解释，但作为一名科学家，你总是要面对违反直觉的事情。你永远不会明白，水是在冰原附近，从你每天的浴缸经验。 You need to bring in something more; in this case, Newton’s second law of gravitation. You have to bring in physics; otherwise, you’re never going to explain that.

你的“a-ha！”在哪里？时刻来自哪里？

我想有些科学家可能不同意我的观点，但我认为你确实需要给自己一些时间去思考。作为一名科学家，你需要在生活中思考你所看到的。我强烈鼓励我的研究生们有其他的兴趣爱好，因为拥有这些时间的最好方式就是从科学中休息一下。我曾经在我的模型中看到过一些我以前从未见过的东西，我想，“好吧，你知道，一个好的科学家永远不会离开它。”一个优秀的科学家会在这一点上深入思考，“为什么我看到了这个?”因为看到意想不到的东西就是科学的回报。

丹尼尔·格罗斯曼(Daniel Grossman)是波士顿的一名自由科学记者和广播制作人。