为什么我们关于海平面上升的直觉是错误的
一位地质学家解释说，气候变化不仅仅与全球平均海平面上升有关。
几十年来，杰里·米特罗维卡(Jerry Mitrovica)一直在推翻公认的智慧。作为哈佛大学的固体地球地球物理学家，他研究地球的内部结构和过程，这对从气候学到人类迁徙的时间安排，甚至到寻找其他行星上的生命等领域都有影响。在他职业生涯的早期，他和他的同事们表明，地球的构造板块不仅左右移动，造成大陆漂移，而且还会上下移动。通过将人们的注意力从现代地球科学的水平重新聚焦到垂直领域，他帮助建立了他绰号为“后现代地球物理学”的学科。米特罗维察重振了对导致海平面巨大地理变化的因素的长期洞察力，对今天冰川和冰盖上的气候变化研究具有重要意义。
我们在他宽敞的办公室里采访了米特罗维卡，他的办公室紧挨着哈佛著名的矿物收藏馆。虽然他是一位经验丰富的公众演说家，也是无数奖项的获得者，但他本人说话温和，并转移了掌声。他经常提到激励他并为他的工作做出贡献的同事、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出发的。这似乎令人惊讶。
这就是牛顿引力定律在地球上的应用。像太阳和月亮一样，冰盖对周围的水产生引力。这一点毋庸置疑。
会发生三件事。其一是你将所有这些融化的水倾倒到海洋中。因此，如果冰盖融化，整个海洋的质量肯定会上升-就像今天一样。发生的第二件事是冰盖对周围水域的引力减弱。结果，水从冰盖上迁移开了。第三件事是，当冰盖融化时，冰盖下面的陆地会弹起；它会反弹。
那么冰盖融化、水流和重力减弱的综合影响是什么呢？
重力有很强的影响。因此，当冰盖融化时，海平面会下降到融化的冰盖附近。这是违反直觉的。问题是，在重力减弱和地壳抬升的影响小到足以使海平面开始上升之前，你必须离开冰盖多远？这也是违反直觉的。它距离冰盖2000公里。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半径2000公里范围内-的海平面将会下降。它可能在格陵兰岛海岸有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%。所以这是一个不小的影响。
上一次我们像今天这样温暖时，我们认为最不稳定的冰原消失了。
如果南极冰盖融化，海平面就会下降到接近南极的水平。但在北半球，它的上升幅度将超过你的预期。这些指纹被称为海平面指纹，因为每个冰盖都有自己的几何形状。格陵兰岛产生一种海平面变化的几何形状，而南极有它自己的几何形状。山地冰川有自己的指纹。这就解释了海平面变化很大的原因。这也是一个非常重要的机会。如果有人因为说海平面变化存在地理差异而否认气候变化--海平面变化并不是均匀上升的--你可以说，“嗯，这是不正确的，因为冰盖融化时会产生不同地理位置的海平面变化。”你也可以用这种可变性来说这个百分比来自格陵兰岛，这个百分比来自南极，这个百分比来自山地冰川。你可以找到熔体的来源。从公共危害的角度来看，这是一个重要的论点。
如果你住在美国东海岸或荷兰，你不需要担心全球平均海平面上升在做什么。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，他们不必像南极冰盖融化那样担心。但它没有注册。当我做公开演讲时，人们都会摇头。当我带着这个靶子参观融化的(格陵兰)冰盖时，他们不相信，那里是一个海平面将会下降的地区。我们的直觉是通过沿着海岸线行走或打开水龙头来建立的。这并不是考虑到如果一个主要的大规模冰盖融化会发生什么。
为什么你如此确信，包括极地冰盖在内的世界冰川将继续融化？
理解我们在这个变暖的世界中走向何方的一种方法是运行气候模型。另一种方式是回顾过去，问问上次我们这么暖和或者稍微暖和一点的时候，冰原做了什么。我们目前正处于间冰期--冰川周期之间的暖期。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时代。在此之前的最后一次间冰期是大约12万年前。当然，12万年前，人类对气候没有任何影响。这是自然的气候变化。
上一次我们像今天这样温暖时，我们认为最不稳定的冰原消失了，尽管持续了很长一段时间。那么，为什么我们要期望这个问题在未来几百年到几千年内会有什么不同呢？我们没有理由相信这一点，除非我们做些什么来扭转我们正在做的事情。
好的。因此，我们预计气候变暖会导致冰盖融化和海平面上升。但是我们现在看到的证据是什么呢？
20世纪的平均海平面变化是每年1.2毫米。在过去的20年里，我们看到的是平均每年3毫米-从20世纪到现在，这是一个增加了2.5毫米的因素。因此，这是一个很好的方式来解决怀疑论者的论点，即情况没有改变，或者没有变得更糟。情况已经变得更糟了。如果你回顾几千年的历史，你会发现你有各种各样的工具可供你使用。一个是日食记录，一个是罗马鱼缸。
在奥古斯都时代，富有的罗马人正在建造鱼缸。渔民们会带着鱼进来，他们会把鱼放在那里，这样当他们吃鱼的时候，鱼就会变得新鲜--他们想让鱼活几天或几周或其他什么。罗马人是工程师，所以他们建造这些鱼缸的高度相对于当时的海平面非常精确。你不希望墙太低，因为涨潮时鱼会游出来；你不希望墙太高，因为你想让潮水刷新水箱里的水。
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，我们可以说出自那以后2500年来海平面是如何变化的。如果海平面在过去2500年里以20世纪那样的速度上升，这些鱼缸应该在4米深的水下-12英尺深-我可以向你保证，他们没有。你可以看到他们。你可以沿着海岸走，它们是可见的。这告诉你，海平面上升的速度不可能达到我们在20世纪看到的比那更早的更长的一段时间。在过去的2500年里，海平面没有像20世纪那样上升。
当我们看日食记录时，我们可以说“这是记录巴比伦日食的时候。”现在，我可以计算一下，如果地球目前的自转速度在从日食到今天的这段时间内保持不变，那么巴比伦日食应该发生在什么时候。你可以对希腊、阿拉伯、巴比伦和中国的日食这样做，这就是英国的一位教授F·理查德·斯蒂芬森(F.Richard Stephenson)所做的。他和在他之前的其他人一样，列出了一系列这样的日食，这些日食显示出地球自转速度在过去几千年里明显放缓。假设你有两个2500年前同步的时钟。一个完美地保持了时间，另一个与自转速度正在减慢的地球相连。在2500年后，它们会在大约4个小时内不同步。这是某种程度上的减速。所以我们所知道的是，在过去的2500年里，地球的自转速度已经减慢了。但是地球的减速并不是我们所能准确预测的。
我在这篇论文中发表了一篇名为“科学进展”的文章，内容是一种名为“蒙克之谜”的东西。我们展示的是它来自三种不同的效果。一种是所谓的“潮汐消散”。潮汐撞击海岸线，每次撞击都会耗散能量，由于各种原因，潮汐减缓了地球的自转速度。我们谈论的另一件事是，在地球的核心，也就是铁，和地球的岩石部分，地幔之间，有一种非常微妙的耦合，它的作用是改变我们在地球表面看到的地球的自转速度。
这是不是就像汽车变速器中流体的摩擦一样；它与地球内部和外部之间的连接有多粘性有关？
这不是摩擦，但非常接近。这是一个事实，你让一种流体对着另一种流体运动，而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。
所以，这是另一种影响。我们有撞击进来的潮汐和地球物理学家所说的核-地幔耦合。我们可以非常准确地预测这两种情况，但仍然存在差异，这种差异是由于冰河时代造成的，我们对此进行了建模。我们有潮汐消散，核-地幔耦合，现在我们增加了冰河时代效应，我是这方面的专家。你看，当我把它加到另外两个效应上时，我正好得到了我看到的四个小时的减速。
地球正在变得越来越球形，因为两万年前我们两极的冰要多得多。当冰原在两极时，它们会从两极挤压地球，地球会变得有点扁平。当那些冰盖融化时，这种扁平开始反弹，我们变成了球形，所以我们的旋转速度应该会增加，就像芭蕾舞女演员或花样滑冰运动员一样。冰河时代的修正是自转速度的加快。
因此，这三个因素-核-地幔耦合、两极冰后反弹和潮汐消散-解释了直到20世纪地球速度的变化。现在发生了什么事？
我们想要采用同样的冰河时代模型，并修正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过的差异。所以现在我们说，嗯，这可能是由于极地冰盖融化或极地冰川融化。
要做到这一点，方法是去IPCC，他们的最后一份评估报告，看看山脉冰川融化的计算，因为这些表格表明，冰盖在20世纪没有太大变化。冰盖在过去20年左右才真正开始融化，但冰川在整个20世纪都在突然融化。我们利用政府间气候变化专门委员会告诉我们的冰川融化，计算它对自转的影响，其中一个影响是减缓地球的自转速度，就像花样滑冰运动员一样，并将其与冰期修正后的观测结果进行比较。
是不是水从冰川上流出，减慢了地球的自转速度，这一次类似于花样滑冰运动员伸出双臂？
正确的。冰川大多位于中轴线附近。它们在北极和南极附近，而海洋的大部分没有。换句话说，你从阿拉斯加和巴塔哥尼亚这样的高纬度地区获取冰川，你正在融化它们，它们分布在全球各地，但总的来说，这就像是向赤道流动的物质，因为你从两极获取物质，并将其转移到海洋中。这往往会使物质比以前更接近赤道。
是。当然，到处都是海洋，但如果你把冰从高纬度移到海洋上，实际上，你增加了赤道的质量，你把质量从极地地区带走了，这会减缓地球的速度。这就是我们做的计算。我们还计算了这些冰川将如何影响两极的方向。在这两种情况下，当你进行计算，并将其与冰河时代修正后的卫星和天文观测进行比较时，你会精确地拟合它们。
我们在最近的这篇论文中展示的是，当你查看现代的自转数据，并对冰河时代进行校正时，你会发现残留物，如果是由于科学家认为发生在20世纪的那种全球变化的融化，那么残留物就应该是这样的。
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。
这是一种完全不同的方式来显示冰盖正在融化。这是一种非常好的方式，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正在做什么。你不能很好地综合了解格陵兰冰盖在做什么。但是自转并不关心南北，它只关心有多少质量从格陵兰岛移动到海洋中。因此，自转提供了科学家所称的极地冰盖质量平衡的一种非常优雅的综合测量。
在我家，我们对文艺复兴历史的讨论比对科学的讨论更多。我是我们家唯一的科学家。我参加了所谓的工程科学或工程物理项目。我在第三年上了一门板块构造学的课程，我想，“哇！”我的第一篇论文--不是我的主意，而是我的导师的主意--是关于5000万到8000万年前是什么导致了北美西部的洪水--那是相当激动人心的。你已经进入研究型研究生院几年了，你刚刚发表了一篇论文，解释了为什么北美西部处于水下。
一些人说这是一些冰效应，冰量发生了变化。更多的时候，人们认为这与构造板块形成速度的变化有关。但在我和一些同事的工作中，我们已经表明，大陆洪水通常不是由于某些全球海平面变化造成的。相反，这是由于大陆本身的垂直运动对推动板块构造和推动大陆上下的流动做出了反应。
我们的科学中有这么多有趣的问题，你可以用眼睛看到。但是你的眼睛可以愚弄你。伟大的物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)过去常常在他的物理讲座开始时向学生展示他们的直觉可以带他们走很长一段路。他们可以通过直觉来做一些事情，这会让他们得到大致正确的答案。然后，他常常向他们抛出一些违反直觉的例子。然后他说，“这就是你需要物理的原因。你需要明白什么时候你的直觉可能会出错。“。我坚定地是费曼的追随者。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。从你的浴缸日常体验中，你永远不会明白水正落在冰原附近。你需要引入更多的东西，在这种情况下，牛顿引力第二定律。你必须引入物理学；否则，你永远无法解释这一点。
我想有些科学家不会同意我的观点，但我认为你真的需要给自己时间去思考。作为一名科学家，你需要在你的生活中有一些方式来思考你所看到的。我强烈鼓励我的研究生有其他的兴趣，因为拥有这些时间的最好方式就是从科学中抽出时间休息一下。我曾经在我的模型中看到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放弃这一点。”在这一点上，一位优秀的科学家有点像是在挖洞，说，“为什么我会看到这个？”因为看到意想不到的事情是科学的回报。