3.　南大洋才是中心

前面说过，大洋不是大陆，洋流也不是河流。洋流不是靠测出来，而是根据海水的性质推出来的。“大洋传送带”的基础，就是推论得出来的洋流。随着技术的发展，现在深层水也可以实测了，不料一经实测，原先的推论就出了问题。

进入21世纪，学术界已经有了各种各样的手段测量海流。既可以通过投放浮子追踪水流的轨迹，也可以设置潜标长期连续测量流速流向。观测的结果出乎意料：海水流速流向的变化极大，往往呈涡流状进行（图1.13）。过去以为，水流的测量值相对稳定，有点小的变化叫作误差，而误差的范围只不过10±1；而现在知道海流变化极大，是作为涡流在运动，因此误差的量级是1±10。如此一来，新世纪的实地观测颠覆了一些原来的概念，正在纠正以往根据海水性质对洋流得出的结论。

“大洋传送带”的源头在北大西洋北部（图 1.10 的黑圆点），这里的深层水应当朝着低纬区向南流。但是观测结果出人意料：在深处投放多年的浮子，并不沿着西部边界流向南流，而是朝东往北大西洋内部流；西部边界流本身（图1.10 的粗线）也会变成涡流，并不是连续的洋流。在一片质疑声中，2010年《科学》（ Science ）杂志上文章的标题就叫《给传送带拆台》。同时到来的是理论上的质疑，物理海洋学家指出：盐度、温度造成的密度差可以引起海水的扩散交流，但不能推动洋流，想要靠北大西洋深层水的下沉来推动几千米海底的“大洋传送带”，物理学无法接受。在观测和理论两方面的夹攻下，几十年来海洋学和气候学界的一个重要概念，发生了动摇。

对于欧美地区来说，“大洋传送带”不单是学术上的理论概念，也一直被认为是生存环境的生命线。2001年发现北大西洋深层水的源头流量在减少，认为从1950年以来至少减少了20%，于是掀起了一场轩然大波，有人惊呼电影《后天》里的情景正在降临。但是后来发现，这种变化只不过是年际、年代际的波动，1995—2000年确实减少，2000—2003年却又回升了，总的看来1948—2003年间是稳定的。更重要的是，欧洲暖湿气候和“大洋传送带”之间的关系，已经不再是原先想象的那样密切。

“大洋传送带”概念的动摇，带来了严重的科学问题。下沉的海水总要回上来，因此翻转流的存在不成问题；高低纬度的海水是联通的，大洋环流的概念也没有问题。问题在于“温盐环流”的叫法：既然靠盐度和温度“驱动”不了大洋环流，还能叫“温盐环流”吗？既然北大西洋的深层流观测不到，原来意义上的“大洋传送带”更成问题。“传送带”是个好名词，生动地表达了大洋海水连成一个系统的概念，但只是表达高低纬区平均值的一个抽象概念，决不能以为真的有一滴海水会从北大西洋下沉再从北太平洋钻出来。“大洋传送带”的提出，反映了各大洋不同深度的海水在物理化学上确实存在着的差异，本身并没有错，只是推测的驱动机制错了。那么，正确的驱动机制又在哪里？

驱使海水流动的动力无非是两个：风力和潮汐。表层海流由风力驱动不成问题，其实风力的作用也可以达到深海。由月球等天体的吸引力造成的潮汐大家都很熟悉，不熟悉的是潮汐作用的深度，因为所有的地球圈层，包括地球内部都受到潮汐作用，只是水圈的反应最强。另外一个影响因子就是海底的地形，潮汐引起的海水流动遇到海底地形的阻拦发生摩擦，推动着深部的海流。深层海流的运动机制是一个新命题，至今并不清楚，清楚的是否定了原来的概念，否定了北大西洋深层水的产生驱动“大洋传送带”，进而决定全球气候的假说。

但是，北大西洋和南大洋下沉的深层水如何回流？是什么力量驱动着大洋的翻转流？近年来的研究，逐渐把注意力南移，移到南大洋的环南极洋流上来。多数人并不熟悉南大洋，对环南极洋流更加陌生，但这是地球上最大的一支洋流。当今的地球大陆偏在北半球，只有南大洋不被大陆切割，因此世界上只有环南极洋流能够绕地球一周。加上南半球的西风带特别强烈，达到15节到24节，吹动着南大洋的水绕着南极洲向东流，从海面一直到2000—4000m的深处，洋流宽度可达2000km，每秒流量高达1亿—1.5亿m ³ ，成为世界上最为强大的一支洋流。但是南大洋离人类集中居住的北半球过于遥远，对于全球气候环境的重要性直到最近方才受到重视。

新的观测和模拟表明：大洋翻转流的源头在南大洋，不在北大西洋；动力在于风力驱动的上升流，不靠密度差。环南极西风作为地球表面最强的风系，由它引起的上升流可以使 2—3km深处的海水上涌，从而使得地球上 80%的深层水重新暴露于大气层。可见南大洋上升流驱动着80%的深部水流，这才是翻转流的动力所在（图1.14）。换句话说，大洋翻转流有两头，海水在北大西洋沉下去，在南大洋回上来。现在要问：究竟哪一头是主力？回答是南大洋。高纬区冰盖附近，海水确实因为比重增大而下沉，但是下沉的水总得有个地方回来，总得有种机制使得下沉的水回升。近年来的进展查明：是南大洋世上最强的西风推动了最强的上升流，从而驱动着大洋翻转流。按照原来的概念，大西洋经向翻转流的源头在北大西洋北部；新的发现把南北的作用颠倒过来：翻转流是靠南大洋上升流拉动，而不是靠北大西洋下沉流推动（图1.12）。

几千米深处的大洋深层水，离我们极其遥远，爱怎么流就怎么流，和我们有什么关系？为什么要滔滔不绝地讲深层洋流？因为大洋的水控制着地球表层的生态环境。

我们操心大气CO ₂ 的浓度，而海水里的碳是大气的60倍；我们关心气温的升降，但是大气是没有“记忆力”的，在稍长的时间尺度上正是海水控制着气候。现在的地球，北半球是陆半球，南半球是水半球：从赤道到南极圈，地球表面84%是海洋。尽管世界三大洋之间有大陆阻隔，亚热带环流互不相连，但是近来发现南半球的三大亚热带环流，在1000m上下的中层深度相互连通，组成一个“南半球超级环流”，影响着全球的气候变化。

多少年来，总是说北大西洋决定着全球的洋流，决定着全球的气候。现在终于弄明白：从海洋学上讲，南大洋才是世界大洋的中心（图1.15）。在很大程度上，是南大洋控制着大洋的碳循环和生物泵。南大洋的深处，是大洋主要的碳储库。由于受光和铁的限制，南大洋有大量营养元素剩余，而地球的低纬区40°N—40°S之间的大洋表层缺乏养料，因而南大洋外的世界大洋生产力，有3/4的养料是来自南大洋。世界各大洋相互连接，其中心并不是北大西洋，而是南大洋。