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全球变暖还是变冷？南大洋正在吸碳：海底藏冷效应
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全球变暖还是变冷？南大洋正在吸碳：海底藏冷效应
吉林大学：杨学祥，杨冬红
美国宇航局提供的数据表明，美国在利用飞机对大气中二氧化碳含量进行观测时发现，南纬45度以南的海洋年碳净通量很大，每年的吸碳量要比释放的多5.3亿吨。在地球上，亚马逊雨林被称为“地球之肺”，但鲜为人知的是，海洋也是“地球之肺”。不过，海洋并没有释放出大量的氧气，而是吸收了大量的二氧化碳，因此海洋又被称为“碳吸存槽”。
温室气体：二氧化碳和甲烷去哪了？
无论是二氧化碳还是甲烷，都在大气圈、海洋圈和岩石圈之间不断循环。集中在大气圈的温室气体，通过循环可以转移到海洋圈和岩石圈，也可以从海洋圈和岩石圈转移到大气圈。
路径之一：海底藏冷效应
赤道热两极冷是太阳能量纬度不均匀分布造成的。由于大气热容量低，大气热对流不能改变这一基本规律。海水则不同，其热容量大，热对流的传热效果十分显著。计算表明，每立方米的水和空气温度降低一度所释放的能量分别为4180000焦尔和1290焦尔，前者是后者的3240倍。这个巨大差别可从海洋性气候和大陆性气候的比较中看到。瓦伦西亚岛和赤塔同在北纬52度附近，前者位于爱尔兰的大西洋岸，属于海洋性气候，后者位于亚洲大陆内部，属于大陆性气候。虽然纬度相近，但温差在一年内的分布相差悬殊。一年内最冷和最热月份温度的差值，在瓦伦西亚只有7.9度，在赤塔则为46.1度，大于前者5.5倍之多。前者年均温度为摄氏10.3度，后者为零下3度，差值为13.3度。这说明海洋的内能多于大陆，海洋是大气热量的重要供应者。
海水因为含有平均约3.5%的盐分，所以它的最大密度约出现在摄氏负2度左右，恰好与海水开始结冰的温度很接近。两极临近结冰的海水密度最大，源源不断地沉入两极海底，自转离心力使较重的海水向赤道海底运动，形成全球巨厚的海底冷水层。由于太阳辐射不能进入这个领域，“冷”被安全地封存在海底，冷水领域还不断扩大。赤道海水表层热水在上、冷水在下，垂直方向只有热传导、没有热对流。随着海洋冷水区的不断扩大和赤道海洋表层热水区的不断缩小，赤道和两极的温差也不断加大，形成中、高纬度地区的冰盖和冰川。我们称这个过程为海底藏冷效应。它是海气相互作用的典型范例，大气中的“冷能”由此而进入海洋。冰雪反射太阳辐射，随着冰雪面积的不断扩大，地表接受到的太阳能量越来越少，使大气和海洋越来越冷，冰期有一个长期的“冷积累”过程。
温室气体在海水溶解度随温度降低而升高，冷水在沉入海底时携带大量温室气体，在低温高压下形成干冰和甲烷冰。
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1300365.html
相关报道
全球变暖还是变冷？南大洋正在吸碳，比释放的多5.3亿吨
早在很多年前，科学家就提出了全球变暖的概念。由于温室气体不断排放以及森林面积大幅减少，地球释放的二氧化碳数量大幅增加，导致地球正在变暖。为了应对全球变暖，全球兴起了新一轮的能源变革，清洁能源正在替代传统化石能源。就在人们为应对气候变化做出努力时，科学家发现一个奇怪的现象，南大洋正在疯狂的吸碳，年吸碳量比释放的多5.3亿吨。
该结论由美国宇航局提供的数据支撑，据了解，美国在利用飞机对大气中二氧化碳含量进行观测时发现，南纬45度以南的海洋年碳净通量很大，每年的吸碳量要比释放的多5.3亿吨。在地球上，亚马逊雨林被称为“地球之肺”，但鲜为人知的是，海洋也是“地球之肺”。不过，海洋并没有释放出大量的氧气，而是吸收了大量的二氧化碳，因此海洋又被称为“碳吸存槽”。
南大洋是环绕南极大陆的周边水域，在西风带的影响下，大量的二氧化碳融于海水中。科学家经过研究发现，二氧化碳会沉到南大洋的1000米深处。那么，这是否意味着全球气候不会变暖呢？从能量守恒定律来看，南大洋疯狂的吸碳，并无法减少地球上的碳含量，只是将大量二氧化碳带来了海洋深处。此外，南大洋吸碳量的增加，表明地球的二氧化碳含量过高。
从全球来看，气候变暖是客观存在的事实。在过去的50年，全球气候出现了不同寻常的波动，部分地区出现过50-70度的高温。全球气候变暖并非仅仅导致气温升高，而是导致极端气候时常发生。比如洪涝、寒潮、大火、暴风雪等极端天气频发。从一定程度上来讲，这些极端气候的发生与全球变暖有着千丝万缕的联系。
随着人类活动的频繁，往大气中排放的二氧化碳量增加，南大洋的吸碳能力减弱。到时候，将会加快全球变暖步伐，极端气候频率将明显增强。所以，南大洋吸碳并不能解决气候变暖问题，人类需要携手采取措施应对。遏制全球变暖趋势的钥匙在人类手里，并不在大自然手中。
（文/嘤仔）
https://new.qq.com/omn/20220127/20220127A09MFU00.html
太平洋热能的内循环和外循环：海冰开关控制气候
已有 6685 次阅读 2011-12-16 14:09 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流|
太平洋热能的内循环和外循环：海冰开关控制气候
杨学祥，杨冬红
（吉林大学,长春130026）
摘要：北太平洋对北极的半封闭状态和南太平洋对南极的开放状态是厄尔尼诺事件发生的构造基础，它导致北太平洋海表热能的积累和周期性向南太平洋输送。南极海冰和南太平洋的海温具有明显的相关性，即德雷克海峡冰冻线的季节性北移，关闭了德雷克海峡的”海冰开关”，导致秘鲁寒流的对应增强，是拉尼那事件发生和秘鲁沿海表层水季节性降温的主要原因。2005年2月德雷克海峡的最低温度记录，将使海冰面积增加，减弱南极环流，增强秘鲁寒流，使赤道东太平洋海温降低。
关键词：厄尔尼诺，拉尼娜，海洋热能交换，陆海分布，德雷克海峡，海冰开关效应
1 南太平洋的内部环流和三大洋外部环流
在北半球，由于大陆的阻隔，北太平洋与北极处于半封闭状态，海洋寒流由北极进入太平洋要通过狭窄的白令海峡，流入量受到限制。印度洋北部是欧亚大陆。因此，太平洋和印度洋的北部完全在海洋暖流的控制之下。与此相反，大西洋、太平洋和印度洋对南极而言是完全开放的，特别是南半球环南极大陆强烈的海洋西风漂流，在经过南美洲的德雷克海峡时严重受阻，部分寒流沿南美洲西海岸北上，加强了秘鲁寒流，其规模远大于非洲西海岸的本格拉寒流，形成太平洋北暖南冷、西暖东冷的格局。南半球西风飘流是海洋寒流，北半球西风飘流是北太平洋暖流和北大西洋暖流，这个重大差别是由陆海分布差异造成的。
西澳大利亚寒流是南半球最弱的海洋寒流，因为太平洋南赤道暖流能够通过阿拉弗拉海进入印度洋，加强印度洋南赤道暖流，减弱西澳大利亚寒流，形成印度洋和西太平洋的高温低压区，与东南太平洋由秘鲁寒流形成的低温高压区组成一个沃克环流。
赤道附近太平洋上，东部海域海水较冷（寒流影响），使海水上空的气温偏低，气流下沉（近海面形成高压），而东部海域的海水的温度较高（暖流影响），空气受其影响气温偏高，气流上升，近海面形成低压，所以在近海面就形成从高压向低压的风，上空气流方向相反，就形成了环流，这就是沃克环流，它是纬向环流。
纬向的沃克环流和径向的哈得来环流组合，构成南太平洋的内部循环，其路径是：太平洋的南赤道暖流----东澳大利亚暖流----南中纬度的西风漂流----秘鲁寒流[1]。
事实上，印度洋和大西洋都有类似的环流和现象，由于热能相对较少，厄尔尼诺和拉尼娜现象也就不明显。
太平洋、印度洋和大西洋在北半球是相互封闭的；在南半球是相互连通的，南半球西风漂流带和环南极大陆海流是三大洋热能交换的渠道，构成太平洋的外循环。太平洋有广阔的赤道海域，由此获得的热能通过外循环向外传输。
2 全球海洋环流的热能输送数量估计
北太平洋通过白令海峡向北极输出的热量为10TW(1TW = 1012W),南太平洋向南极输出的热量为1190TW，是前者的119倍。印度洋向南极输出的热量为490TW，而北大西洋输出的热量起源于太平洋，数量超过1000TW，其中向北极输出的热量为260TW[2]。海洋输送的热量数量为北太平洋向南太平洋的热输出提供了证据。
地质资料表明, 对第三纪早期的普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭，迅速变暖和较长的变冷由轨道参数的周期性所决定。阻挡大西洋赤道暖流进入东太平洋，加强秘鲁寒流，是气候变化的原因。南美洲与南极大陆的分离造成环绕南极大陆强烈的海洋西风漂流带，它阻挡赤道暖流南移，生成南极冰盖并维持其稳定的存在,为全球构造运动影响气候变化提供了证据[3 - 5]。这表明,北太平洋向南太平洋输送热量的波动性是厄尔尼诺事件和拉尼娜事件发生的本质原因,相应的海洋环流在温差积累到一定程度时必然发生。厄尔尼诺发生时，太平洋暖水由东向西，或由西向东，或由中部分别向东向西运动，其实质是北部暖水向南运动。
海洋热输送的数量估计
图1 海洋热输送的数量估计
如果有某种原因使南半球的西风漂流减弱，或使东南太平洋表面海水增温，就会减弱这一地区的沃克环流，出现南太平洋高压和印度尼西亚——澳大利亚低压同时减弱，甚至相反的情况。这是南方涛动和厄尔尼诺同时出现的原因。
3 潮汐振荡产生的季节性增暖
在南美厄瓜多尔和秘鲁沿岸，由于暖水从北边涌入，每年圣诞节前后海水都会出现季节性的增暖现象。海水增暖期间，渔民捕不到鱼，常利用这段时间在家休息。因为这种现象发生在圣诞节(每年12月25日)前后，渔民就把它称为El Nino，音译为“厄尔尼诺”，是西班牙语“圣婴(上帝之子)”的意思。后来科学家发现有些年份海水增暖异常激烈，暖水区一直发展到赤道中太平洋，持续时间也很长，引起当地气候反常，给全球气候带来重大影响。现在，厄尔尼诺一词被气象和海洋学家用来专门指赤道太平洋东部和中部的海表温度大范围持续异常增暖现象[6]。
要解释厄尔尼诺事件发生的原因，首先必须说明为什么在南美厄瓜多尔和秘鲁沿岸每年圣诞节前后海水都会出现季节性增暖现象。
太阳光在冬至点(每年12月21~23日)直射南纬23.5度，即南回归线。南回归线上的海面在白天正午处于潮汐高潮位，北回归线上的海面此时处于低潮位，地球自转半周后, 南回归线上的海面在半夜子时处于潮汐低潮位，北回归线上的海面此时处于高潮位，即高潮位与低潮位在南、北回归线之间往复振荡。这种现象也发生在夏至点（每年6月21或22日）。但是，太阳辐射、太阳风和太阳引潮力在近日点（1月3~4日）达到最大值，分别比在远日点(每年7月2日或3日)增大6%和9%。这使近日点时南北回归线之间的南北潮汐振荡达到最大值，南回归线附近太阳辐射量也达到最大值，变暖趋势明显。特别是从秋分到冬至，日地距离变为最小，太阳引潮力变为最大，半日潮产生的强烈振荡高值区由赤道向南北回归线偏移，形成低纬大洋南升西移北降东移的顺时针昼环流和南降东移北升西移的逆时针夜环流，昼夜反向环流和最大幅度南北振荡加强了冷暖水的混合[4]。南北回归线之间的东太平洋海面，有北半球的温暖的赤道逆流和南半球的秘鲁寒流。南北回归线之间的最大幅度的南北潮汐振荡使太平洋东部低纬度北半球暖流南移，南半球秘鲁寒流北移，振荡混合后使厄瓜多尔和秘鲁沿岸海水变暖，加强了北太平洋向南太平洋的热输送。这不仅说明了在南美厄瓜多尔和秘鲁沿岸每年圣诞节前后海水都会出现季节性增暖现象的原因，而且给出了暖水从北边涌入的原因。以往许多关于厄尔尼诺事件发生机制的假说不能解释这种季节性增温现象。
4 德雷克海峡海冰气候开关作用
中生代时期，全球各大陆集中在一起，形成一个几乎从一个极延伸到另一个极其巨大的单一陆块，这种轮廓肯定有助于周围大洋中的高效率向极热输送。中始新世和早渐新世之间的总的温度下降，在整个新生代都是最急剧的。这种下降被认为由如下原因引起：①德雷克通道和塔斯马尼亚以南的通道开始为全球循环和气候上隔离的环极流打开了通路；②由于澳大利亚—新几内亚向北移动，吸热的赤道水面积缩小；③特提斯海关闭，不能使赤道环流通过[7]。
在短周期的气候变化中，德雷克海峡中的海冰进退控制气候变化的一个可能模式是：南极半岛海冰增多使西风漂流在德雷克海峡受阻，导致环南极大陆水流速度变慢和南太平洋环流速度变快，部分受阻水流北上，加强秘鲁寒流，使东太平洋表面海水变冷，加强沃克环流及增强赤道太平洋热流与南极环流的热交换，增温的南极环流使南极半岛的海水减少；南极半岛的海冰减少使德雷克海峡水流通量增加，导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢，使部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，造成秘鲁海流变弱和东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流；结果使堆积在太平洋西部的暖水东流，减弱赤道太平洋热流与南极环流的热交换，降温的南极环流使南极半岛海冰增加。这就是德雷克海峡的海冰变化调控全球气候变化的机制，称之为南极环大陆海冰的气候开关效应（图1）。
当南极洲的温度变冷时，存在很多海冰的德雷克通道处于封闭状态，阻塞环南极大陆的海流，加快南太平洋环流，并从向极方向连接南极洲热输送，从而使南极洲变暖；当南极洲的温度变暖时，存很少海冰的德雷克通道处于开放状态，打通环南极大陆海流，减慢南太平洋环流，并从向极方向隔离南极洲热输送，因而使南极洲变冷。如图1所示，非洲海冰开关I，澳大利亚海冰开关II和德雷克海峡开关III控制了环南极大陆海流，并从向极方向隔离或连接向南极洲的热输送，因而增加或减少在非洲、澳大利亚和南美洲西部的海洋寒流流量。因此，南太平洋海温的增加和减少在环南极三个“海冰开关”的控制下不断交替发生，与南太平洋环流速度减慢与增加相对应[8-10]。
南极海冰季节性变化幅度较大.海冰净冰面积在2月最小，为2.3×106 km2，在9月最大，为15.4×106 km2，最大值约是最小值的6.5倍[11]。南太平洋低纬度的海温，历年在3月附近为最暖，9月附近为最冷。日长在1月份比在7月份要长，即1月的地球自转速度比7月减慢。在南、北半球±10o的低纬度地区，自东而西的太平洋赤道洋流在2月最大流速为51 cm/s，8月最大流速大于77 cm/s。即8月赤道洋流流速要明显地大于2月[12]。
南半球冬季冰冻线使非洲、澳大利亚和南美洲与南极洲的表面水流宽度分别缩小到原来的1/3、1/2和1/8。这种情况在平面地图上是难以觉察到的。南极半岛的海冰面积在2月最小，扩大了德雷克海峡海水通道，使南半球西风漂流速度加快，使太平洋外循环加快，内循环减慢，减弱秘鲁寒流，有利于厄尔尼诺事件的形成，对应赤道太平洋3月海水最暖，流速降低；南极半岛的海冰面积在9月最大，缩小了德雷克海峡海水通道，使南半球西风漂流速度减慢，增强秘鲁寒流，有利于拉尼娜事件的形成，对应赤道太平洋9月最冷，流速增大，使太平洋外循环减慢，内循环加快。
南极海冰的长期趋势变化从70年代到90年代海冰有两个突变，一次发生在1975年底1976年(厄尔尼诺年)初，海冰由偏多迅速转变为偏少，另一次发生在1988年(拉尼娜年)，是海冰由偏少缓慢转向偏多。海冰减少与厄尔尼诺有很好的对应关系[10]。南太平洋低纬度的海温，历年在3月附近为最暖，9月附近为最冷。1973年南半球冬季海冰的范围比夏季大大扩展；最小的出现在2月10日，最大的出现在7月16日[11] (与9月出现最大值的一般情况相比是特殊的异常现象)。与其相关的是，1972年4月~1973年2月是厄尔尼诺事件时期，1973年6月~1974年4月是拉尼那事件时期。对比两者的变化趋势可以看出，南极海冰和南太平洋的海温具有明显的相关性，即德雷克海峡冰冻线的季节性北移，关闭了德雷克海峡的”海冰开关”，导致秘鲁寒流的对应增强，是拉尼那事件发生和秘鲁沿海表层水季节性降温的主要原因。
5 结论
德雷克海峡的海冰大小控制了太平洋的内循环和外循环，控制了太平洋热能的热输出。检测德雷克海峡海冰变化可发现厄尔尼诺现象发生的前兆：南太平洋外循环加快内循环减慢有利于厄尔尼诺事件的形成；外循环减慢内循环加快有利于拉尼娜事件的形成。
厄尔尼诺事件的发生是北太平洋积累的热能向南太平洋输送的结果，潮汐南北震荡加快了南北太平洋的热能输送。
参考文献
1． 杨学祥. 厄尔尼诺现象的构造基础与激发因素. 西北地震学报, 2002, 24（4）：367-370
2． J. Houghton, 全球变暖. 北京:气象出版社,1998.83.
3． L. A. 费雷克斯. 地质时代的气候. 北京: 海洋出版社,1984. 315, 244
4． 杨学祥。地球形变产生的岩石圈、水圈和气圈等差异旋转。中国学术期刊文摘（科技快报）。2001，7（7）：902~904
5． 杨学祥。预测重大灾害的天文学方法与能量放大器。见：中国地球物理学会编，中国地球物理学会年刊2001。昆明：云南科技出版社。327
6． 中国气象局国家气候中心。’98中国大洪水与气候异常. 北京: 气象出版社, 1998. 92~101
7． Frakes, L. A., 1979. Climates throughout geologic time. Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam—Oxford—New York, pp. 182, 192, 200, 223, 315.
8． 杨学祥. 大气、海洋与固体地球的能量交换. 世界地质, 2004, 23(1): 28-34
9． 杨冬红，杨学祥。全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”。地球物理学进展。2008 Vol. 23 (6): 1813～1818
10． 杨学祥. 地球流体的差异旋转与气候变化. 自然杂志. 2002, 24（2）: 87－91
11． 周秀骥, 陆龙骅, 卞林根, 等. 南极与全球气候环境相互作用和影响的研究. 北京: 气象出版社,1996. 1~5, 43~50, 74~85, 132~139, 370~392.
12． 任振球。全球变化，北京：科学出版社，1990。24~27，64，72-74，106~109，133~134
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海洋循环方式决定地球冷暖：海底藏冷效应和海洋锅炉效应
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海洋循环方式决定地球冷暖：海底藏冷效应和海洋锅炉效应
吉林大学：杨学祥，杨冬红
欧洲很可能出现大幅度的降温
由于温室效应的影响，北半球出现了大量的冰川融化，造成了北大西洋环流中断，进而导致了灾难性的局面。最近，一项由德国科学家Niklas Boers所发表的新研究再次向人类发出了一个重大的预警信号。
Boers发现，在过去的一个世纪里，由于融化的冰川流入海洋中，使得地球上的一个主要的海洋环流系统正在变得越来越不稳定，这个系统便是大西洋经向翻转环流（AMOC），这种稳定性的丧失可能会对气候造成严重的影响，带来人类难以承受的灾难性后果。Boers将他的分析结果详细发表在了近期的《自然-气候变化》杂志上。
AMOC是一个巨大的洋流系统，它是地球上最关键的环流系统之一。这个系统横跨大西洋，是墨西哥湾流的源头，它能够将热带的暖水团从海洋表面向北输送，将冷水团从海洋底部向南输送。这样一个能够重新分配热量的洋流不仅与欧洲相对温和的气温息息相关，而且还影响着世界各地的天气系统。如果这样一个洋流系统崩溃，将可能产生不可估量的严重后果。比如欧洲很可能出现大幅度的降温，热带季风系统受到严重干扰等等。
科学家们已经注意到了大西洋地区一个非常关键的洋流系统，这个系统又在减速。这个洋流系统被称为大西洋经向翻转环流（AMOC），它将赤道附近的温暖咸水输送到欧洲北部。而来自北极的较冷的水使它变得更加密集并沉入深海，这个过程中它从大气中吸收大量的碳。然后这些水团从深海向南回流，大部分水在南极洲附近重新融合，并将温室气体释放回空气中。
图1 大西洋经向翻转环流（AMOC）
来自海底洋流分析显示，距今大约95万年前，洋流大幅减缓。这直接关系到大西洋深处碳的积聚以及空气中温室气体的浓度。根据一项新研究，这引发了一系列每10万年出现一次的冰河时代。如果目前的洋流持续放缓，我们不应指望它能通过储存我们的排放来帮助我们，结果可能恰恰相反。
新泽西州普林斯顿大学的研究员杰西·法默博士表示，洋流与冰河时代似乎是一对一的关系。这就像翻转开关一样。它告诉我们，海洋中存储的碳量与气候正在发生的事情之间存在着密切的关系。研究人员通过检查来自南大西洋/北大西洋的深海岩石核心来确定这些变化。他们发现在当时AMOC减弱到前所未有的程度，而且减弱时间过长。深水收集的碳量比以前的碳含量高出约500亿吨，这相当于今天世界上所有海洋吸收的人类排放量的三分之一。
图2 洋流与冰河时代似乎是一对一的关系，这就像翻转开关一样。
在此活动前的温暖时期，大气层的碳含量约为百万分之280（280ppm）。而随着洋流减速，空气中的二氧化碳降至180ppm，转折点被称为中更新世过渡期，在这个过程中，地球进入了最后一个冰河时代，它清楚地表明，空气中的碳缺失最终对气候产生了强大的影响。
由于工业化，现在大气碳现在高达约410ppm。根据AMOC的强度波动，自20世纪中期以来，它似乎已经被削弱了15％。似乎看到类似的变化，有人可能会说，“太棒了！海洋环流将使我们免于气候变暖！”但研究者指出，这并不正确，因为气候系统的影响实则非常复杂——如果现在AMOC继续减弱，可能导致北半球的气候和降水类型发生重大变化，产生更加异常的洪水与干旱。
图3 北大西洋环流
但目前，研究者们指出，除了大西洋有类似的洋流系统，印度和太平洋也同样有类似的洋流循环，但对它们的循环和对温室气体的影响了解得非常少，因此关于海洋对气候的影响有许多缺失的部分。
http://www.yidianzixun.com/article/0Lirz9sI
海底藏冷效应和海洋锅炉效应
地球两极临近结冰的海水因为密度最大而沉入两极海底，自转离心力将较重的海水推向赤道海底，形成全球巨厚的海底冷水层。由于太阳辐射不能进入这个领域，“冷”被安全地封存在海底。赤道海水表层热水在上、冷水在下，垂直方向只有热传导、没有热对流，这个过程被称为“海底藏冷效应”，是全球气候变冷的主要冷源。
我们在1976年建立了地球内核相对地壳地幔快速旋转的数学模型，被当年通过地震波测量结果所证实。由于内核相对地壳地幔的差异旋转，太阳辐射达到最大值时使核幔角动量交换达到高峰，部分旋转动能转变为热能积累在核幔边界赤道区。超级热幔柱（羽）由核幔边界赤道热区升起，在海底赤道区喷发，加热了底层海水，并引发赤道和两极之间的海洋整体热循环，降低了赤道和两极大气的温差，使两极的海温和气温逐渐上升到冰点以上，消除了“海洋藏冷效应”的“冷源”，形成全球无冰温暖气候，这个过程被称为“海洋锅炉效应”。有证据表明，随着热幔柱喷发强度的减弱，近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15℃，大气冷却了10-15℃，在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4℃以上。
海底藏冷效应和海洋锅炉效应受太阳活动的驱动，是太阳活动左右大冰期和小冰期的一个重要机制。海洋是能量的储库，无论是冷是热，都有一个长期的积累过程。
图4 海底藏冷效应和海洋锅炉效应
海洋循环的特殊性
对海洋而言，水平运动具有明显的规律性。在赤道附近的中低纬度地区，形成明显的全球统一性一级西向流；而在中、高纬度地区形成明显东向流。尤其在南半球纬度40o以南、北半球纬度45o以北地区，洋流以东向为主，形成全球性一级东向流（见图3）。洋流稳态运动速率的量级介于cm/s~m/s。大气运动和盛行凤系的存在，是导致海洋水体运动的主要动力。
图5 太平洋和印度洋的海洋环流分布图和全球气候的三个海冰启动开关示意
由于大陆的阻隔，海洋相对大气有独立的热循环系统，打破了大气循环的纬度界线，形成南太平洋的内循环和外循环，控制了两极和赤道之间的热交换。
4. 南极半岛德雷克海峡通道对全球气候的影响
在整个中生代，全球各大陆集中在一起，形成一个几乎从一个极延伸到另一个极的巨大的单一陆块，这种轮廓肯定有助于周围大洋中的高效率向极热输送。在南、北两半球，一个单一的环流系统作用范围至少达到纬度55o，以致宽阔的、深而缓慢的赤道流在穿过低纬度大于180o弧的旅途中被大大加热。中始新世和早渐新世之间的总的温度下降，在整个新生代都是最急剧的。这种下降被认为由如下原因引起：1) 德雷克通道和塔斯马尼亚以南的通道开始为全球循环和气候上隔离的环极流打开了通路；2) 由于澳大利亚-新几内亚向北移动，吸热的赤道水面积缩小；3) 特提斯海关闭，不能使赤道环流通过[4~10]。
Van Andel等人(1975)在分析了太平洋所有不整合之后提出, 德雷克通道的打通可能形成了环极流，并隔断了对南极洲的向极热输送，因而产生了冰架和冷的底水[6, 10]。对第三纪早期普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭，因而限制了大西洋与太平洋之间赤道水体的交换[6, 7]。同理，德雷克海峡被扩展的南极冰盖封闭，导致气候上隔离的环极西风漂流带的消失，加强赤道热流向两极的输送，使扩展冰盖趋于消失。这是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因。
既然德雷克通道在中周期和长周期的气候变化中起决定性的作用，那么在短周期的气候变化中，德雷克海峡中的海冰进退关系重大。一个可能的模式是：南极半岛海冰增多使西风漂流在德雷克海峡受阻，导致环南极大陆水流速度变慢和南太平洋环流速度变快，部分受阻水流北上，加强秘鲁寒流，使东太平洋表面海水变冷，加强沃克环流，增强赤道太平洋热流与南极环流的热交换，增温的南极环流使南极半岛的海冰减少；南极半岛的海冰减少使德雷克海峡水流通量增加，导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢，部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，使秘鲁寒流变弱，使东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流，使堆积在太平洋西部的暖水东流，减弱赤道太平洋热流与南极环流的热交换，降温的南极环流使南极半岛海冰增加。这就是德雷克海峡的海冰变化调控全球气候变化的机制，我们称之为南极环大陆海冰的气候开关效应(图3)。
5. 南极海冰控制的全球海洋热输送
在北半球，由于大陆的阻隔，北太平洋与北极处于半封闭状态，海洋寒流由北极进入太平洋要通过狭窄的白令海峡，流入量受到限制。印度洋北部是欧亚大陆。因此，太平洋和印度洋的北部完全在海洋暖流的控制之下。与此相反，大西洋、太平洋和印度洋对南极而言是完全开放的，特别是南半球环南极大陆强烈的海洋西风漂流，在经过南美洲的德雷克海峡时严重受阻，部分寒流沿南美洲西海岸北上，加强了秘鲁寒流，其规模远大于非洲西海岸的本格拉寒流，形成太平洋北暖南冷、西暖东冷的格局。南半球西风飘流是海洋寒流，北半球西风飘流是北太平洋暖流和北大西洋暖流，这个重大差别是由陆海分布差异造成的。
西澳大利亚寒流是南半球最弱的海洋寒流，因为太平洋南赤道暖流能够通过阿拉弗拉海进入印度洋，加强印度洋南赤道暖流，减弱西澳大利亚寒流，形成印度洋和西太平洋的高温低压区，与东南太平洋由秘鲁寒流形成的低温高压区组成一个沃克环流。
赤道附近太平洋上，东部海域海水较冷（寒流影响），使海水上空的气温偏低，气流下沉（近海面形成高压），而东部海域的海水的温度较高（暖流影响），空气受其影响气温偏高，气流上升，近海面形成低压，所以在近海面就形成从高压向低压的风，上空气流方向相反，就形成了环流，这就是沃克环流，它是纬向环流。
在大气纬向的沃克环流和径向的哈得来环流组合的影响之下，构成南太平洋的海洋内部循环，其路径是：太平洋的南赤道暖流----东澳大利亚暖流----南中纬度的西风漂流----秘鲁寒流[1]。
事实上，印度洋和大西洋都有类似的环流和现象，由于热能相对较少，厄尔尼诺和拉尼娜现象也就不明显。
太平洋、印度洋和大西洋在北半球是相互封闭的；在南半球是相互连通的，南半球西风漂流带和环南极大陆海流是三大洋热能交换的渠道，构成太平洋的外循环。太平洋有广阔的赤道海域，由此获得的热能通过外循环向外传输。
北太平洋通过白令海峡向北极输出的热量为10TW(1TW = 1012W),南太平洋向南极输出的热量为1190TW，是前者的119倍。印度洋向南极输出的热量为490TW，而北大西洋输出的热量起源于太平洋，数量超过1000TW，其中向北极输出的热量为260TW[2]。海洋输送的热量数量为北太平洋向南太平洋的热输出提供了证据（见图4）。
地质资料表明, 对第三纪早期的普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭，迅速变暖和较长的变冷由轨道参数的周期性所决定。阻挡大西洋赤道暖流进入东太平洋，加强秘鲁寒流，是气候变化的原因。南美洲与南极大陆的分离造成环绕南极大陆强烈的海洋西风漂流带，它阻挡赤道暖流南移，生成南极冰盖并维持其稳定的存在,为全球构造运动影响气候变化提供了证据[3 - 5]。这表明,北太平洋向南太平洋输送热量的波动性是厄尔尼诺事件和拉尼娜事件发生的本质原因,相应的海洋环流在温差积累到一定程度时必然发生。厄尔尼诺发生时，太平洋暖水由东向西，或由西向东，或由中部分别向东向西运动，其实质是北部暖水向南运动。
图6 海洋热输送的数量估计
如果有某种原因使南半球的西风漂流减弱，或使东南太平洋表面海水增温，就会减弱这一地区的沃克环流，出现南太平洋高压和印度尼西亚——澳大利亚低压同时减弱，甚至相反的情况。这是南方涛动和厄尔尼诺同时出现的原因。
当南极洲的温度变冷时，存在很多海冰的德雷克通道处于封闭状态，阻塞环南极大陆的海流，加快南太平洋环流，并从向极方向连接南极洲热输送，从而使南极洲变暖；当南极洲的温度变暖时，存很少海冰的德雷克通道处于开放状态，打通环南极大陆海流，减慢南太平洋环流，并从向极方向隔离南极洲热输送，因而使南极洲变冷。如图3所示，非洲海冰开关I，澳大利亚海冰开关II和德雷克海峡开关III控制了环南极大陆海流，并从向极方向隔离或连接向南极洲的热输送，因而增加或减少在非洲、澳大利亚和南美洲西部的海洋寒流流量。因此，南太平洋海温的增加和减少在环南极三个“海冰开关”的控制下不断交替发生，与南太平洋环流速度减慢与增加相对应。
南极海冰季节性变化幅度较大.海冰净冰面积在2月最小，为2.3×106 km2，在9月最大，为15.4×106 km2，最大值约是最小值的6.5倍。南太平洋低纬度的海温，历年在3月附近为最暖，9月附近为最冷。日长在1月份比在7月份要长，即1月的地球自转速度比7月减慢。在南、北半球±10o的低纬度地区，自东而西的太平洋赤道洋流在2月最大流速为51 cm/s，8月最大流速大于77 cm/s。即8月赤道洋流流速要明显地大于2月。
南半球冬季冰冻线使非洲、澳大利亚和南美洲与南极洲的表面水流宽度分别缩小到原来的1/3、1/2和1/8。这种情况在平面地图上是难以觉察到的。南极半岛的海冰面积在2月最小，扩大了德雷克海峡海水通道，使南半球西风漂流速度加快，使太平洋外循环加快，内循环减慢，减弱秘鲁寒流，有利于厄尔尼诺事件的形成，对应赤道太平洋3月海水最暖，流速降低；南极半岛的海冰面积在9月最大，缩小了德雷克海峡海水通道，使南半球西风漂流速度减慢，增强秘鲁寒流，有利于拉尼娜事件的形成，对应赤道太平洋9月最冷，流速增大，使太平洋外循环减慢，内循环加快。
南极海冰的长期趋势变化从70年代到90年代海冰有两个突变，一次发生在1975年底1976年(厄尔尼诺年)初，海冰由偏多迅速转变为偏少，另一次发生在1988年(拉尼娜年)，是海冰由偏少缓慢转向偏多。海冰减少与厄尔尼诺有很好的对应关系[10]。南太平洋低纬度的海温，历年在3月附近为最暖，9月附近为最冷。1973年南半球冬季海冰的范围比夏季大大扩展；最小的出现在2月10日，最大的出现在7月16日[11] (与9月出现最大值的一般情况相比是特殊的异常现象)。与其相关的是，1972年4月~1973年2月是厄尔尼诺事件时期，1973年6月~1974年4月是拉尼那事件时期。对比两者的变化趋势可以看出，南极海冰和南太平洋的海温具有明显的相关性，即德雷克海峡冰冻线的季节性北移，关闭了德雷克海峡的”海冰开关”，导致秘鲁寒流的对应增强，是拉尼那事件发生和秘鲁沿海表层水季节性降温的主要原因。
2014年南极海冰结冰量创40年新高，是南极海冰长期趋势变化的第三次突变，预示一个气候变冷时期正在生成。
6. 南极三个海冰开关控制了全球的温盐循环
据网上资料，温盐环流是一个大尺度的海洋环流，由温度及含盐度的差异所致。在北大西洋，环流的表面暖水向北流而深海冷水向南流，造成净热量向北输送。表面海水在位于高纬度的固定下沉区下沉。
表面风对于100 米左右以下深度的海水环流所起的作用微乎其微，而海水温度和盐度的变化则足以使海水密度产生差异。
海水密度的差异使得产生了密度梯度，导致海流的形成。这种方式产生的海流流速非常慢（每年只有若干公里），只有通过特殊的手段才能发现这种海流，也就是通过把不同深度的水团的温度、盐度和氧含量表示在图上，才能发现它的存在。
海洋的温盐环流系统是大洋中最重要的海水运动，一般被形象地称为“大洋输送带”。在这个系统中，北大西洋表面冷而致密的海水下沉到海洋深处，再经过印度洋和太平洋，最终回到大西洋。这整个循环过程要花费数个世纪之久，是调节地球上大陆之间热量的最重要的循环之一。温盐环流在地球上温度和盐度都不同的大洋之间输送着营养物质和热量。
在北半球，由于大陆的阻隔，北太平洋与北极处于半封闭状态，深海环流由北极进入太平洋要通过狭窄的白令海峡，流入量受到限制。印度洋北部是欧亚大陆。因此，北太平洋高纬度海区没有典型的温盐环流（见图5）。与此相反，大西洋、太平洋和印度洋对南极而言是完全开放的，温盐环流在南极大陆周围形成最大规模。这个重大差别是由陆海分布差异造成的（见图6）。
NASA所绘制的温盐环流分布图。不同的生态系统，其所受到的环境因子便有所不同，而温盐环流对于海洋生态系而言具有极大的重要性，因为它也主导了盐份的循环。而对气候的重要性同样重要，因为其也伴随气候与能量的调节。
图7 NASA所绘制的温盐循环图（蓝色表示冷流，红色表示热流）
图8 以南极为中心的温盐循环图（蓝色表示冷流，红色表示热流）
全球温盐环流有两大系统：北极冷水下沉控制的温盐环流规模较小，流经大西洋和印度洋，处于非洲海冰开关控制之下；南极冷水下沉控制的温盐环流规模较大，遍及三大洋，影响全球气候变化，处于南极三大海冰开关控制之下。后者的作用被人们忽视（见图5，图6）。这表明，南极海冰的异常减少，将打开南极海冰的三大开关，导致温盐循环速度突增。这是2016年9月北极和南极海冰同时大量融化的原因。
杨学祥最近指出，当赤道热两极冷的平衡被打破，热空气进入北极，冷空气被挤出。北极寒潮遇到北极涛动的负位相，这个寒潮强度将变得非常强，演化成现在所说的“超级寒潮”。
http://news.163.com/16/1104/06/C50O55LT000187VE.html
我们在2007年中国首届灾害链学术研讨会论文集上指出，近期科学研究的一系列成果揭示了冷气候、台风、强潮汐、禽流感世界大流行和强震相互对应的规律和物理机制，对气候及其相关灾害的预测有重大科学意义。规律表明，在拉马德雷冷位相时期，全球强震、低温、飓风伴随拉尼那、禽流感伴随厄尔尼诺将越来越强烈。印尼地震海啸发出了自然界对人类的警告：拉马德雷冷位相时期的灾害链已经启动，人们必须有所准备。8年的科研实践正在验证这一理论预测[1]。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-972518.html
参考文献
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12. 杨学祥。火山作用的双重性：短期致冷和长期致热。2010-1-31 06:19。科学网。http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-291543.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1275648.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1299470.html
地球上化石碳的主要来源仍有很大的未知 有多少碳被困在海洋中？
2018-11-12 08:06
标签：气候变化, 温室气体, 碳酸盐化合与分解, 海洋酸化和酸雨
地球上化石碳的主要来源仍有很大的未知 有多少碳被困在海洋中？
杨学祥，杨冬红（吉林大学）
关键提示：据赫瑞瓦特大学(Heriot-Watt University)的Laura Varney2018年11月8日（当地时间）报道，新的研究对气候变化的速度提出了质疑（New research questions the rate of climate change）。2018年11月8日发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上的这项研究为气候变化的实际发生速度提供了新的线索。
论文第一作者也是通讯作者克莱顿•马吉尔博士说:“目前关于气候变化对海洋环境即将产生的影响的知识还存在一些明显空白。在这项研究中，我们发现地球上化石碳的主要来源仍有很大的未知。我们不知道有多少碳被困在海洋中，但现在我们已经证明了这个过程，它可能对地球气候造成灾难性的威胁。”
事实上，我们很早就提出过警告，新洋壳生成和海底火山活动引发的海温升高和海水中CO2释放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是人为温室效应所不能达到的，因此，这一重要作用值得深入研究。
正文：
我们在2013年指出，现代火山活动有明显致冷的记录：小冰期对应强火山活动，小气候最适期对应弱火山活动。因为火山灰和二氧化硫等火山喷发物到达平流层后，较小的气溶胶可在数月内传播到全球，并可在平流层内持续漂浮1~3年，使太阳直接辐射减弱，造成大气降温。
但是，火山长周期的对应关系却是：火山活动峰值与全球无冰期对应，而谷值与大冰期对应[27]，地球内能的周期性释放影响全球气候[28]。海底火山喷发不仅喷出大量的温室气体，而且加热了底层海水，消除了使全球气候变冷的“冷源”，使海水中的CO2大量释放，这是白垩纪发生最强的全球变暖的原因。相反，伴随火山喷发的减弱，全球变暖规模逐渐减弱，海洋地层水温度不断降低，这是人为释放温室气体所不能替代的。
巨大火成岩省形成时释放的CO2是导致全球变暖的重要原因，但是导致全球变暖的巨大火成岩省有多种作用，温室效应只是其中的一种。使海洋底层水增温，这是巨大火成岩省无可替代的致暖作用。巨大火成岩省的海台和洋壳产量在白垩纪是最高的，洋壳产量的最高速度为37×106 km3/Ma（目前的洋壳产量为17×106 km3/Ma）[29, 30]，对海洋温度的提高贡献最大。存储在海洋中的碳只要释放2 %，就将使大气中的CO2含量增加一倍[31]。海洋是CO2的储库。在1 个大气压下，海水温度从0℃ 升高为25℃，每克海水可释放约1 cm3体积的CO2，释放量与残留量的比值约为1：1。目前全球海洋溶解的CO2是大气中CO2的13倍，以此比例，海水升温25℃，大气中CO2的含量应该增加到现在的6.5倍，这表明白垩纪海洋增温释放的CO2是大气CO2浓度增高的主要来源，对应于当时间海洋底层水高于现在15℃，大气高于现在10-15℃。新洋壳生成和海底火山活动引发的海温升高和海水中CO2释放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是人为温室效应所不能达到的，因此，这一重要作用值得深入研究。
同样，二氧化碳在大陆地表和海底形成碳酸盐的过程也同样被人忽视，它们是全球气候变冷的重要原因，与大陆造山活动和海底扩张的火山喷发一一对应。非常明显，大气温室气体的增多形成的酸雨和海洋酸性增大都有利于碳酸盐的形成和大气温室气体的减少，并达到一个新的平衡。气候冷暖周期变化是一个最可靠的指标。
地球气候存在不可否认的自然循环：海底藏冷效应——温室气体贮存在海洋中和岩石中——冰期形成——海平面下降海洋地壳上升导致海底张裂地震和火山活动——海底火山喷发造成海洋锅炉效应——海洋温室气体释放到大气——全球变暖导致的冰盖融化和海平面上升——地壳均衡导致挤压地震发生——降水增大形成酸雨使海洋酸度增大——在大陆地表和海洋底层增大二氧化碳形成碳酸盐的机会——温室气体浓度降低导致气候变冷。
http://wap.sciencenet.cn/blog-2277-1145778.html
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https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1173139.html
可怕的温室气体：甲烷去哪了？
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可怕的温室气体：甲烷去哪了？
吉林大学：杨学祥，杨冬红
财联社（上海，编辑阿乐）讯，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）周一（8月9日）对日益加深的气候紧急情况发出了有史以来最严厉的警告，并预测未来几十年全球所有地区的气候变化将加剧。
这份报告警告称，“如果不立即、迅速和大规模地减少温室气体排放，将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在1.5°C至2°C之内（《巴黎协定》）的目标将无法实现。”
IPCC报告明确指出，不仅仅是温度问题，气候变化正在给全球不同地区带来不同的变化。这些变化包括更剧烈的降雨和洪水、更剧烈的干旱、沿海地区持续的海平面上升、永久的冻土融化、海洋酸化等等。
甲烷是最重要的温室气体。
甲烷从哪来？
最常见的温室气体是二氧化碳，但最危险的却是甲烷气体，它保留许多热量。科学家发现，近年来它的浓度在显着增加。
据网上数据，甲烷的主要来源是农业、供暖系统和石油生产。根据研究人员的计算，地球上每头牛每天向空气中释放多达500升的甲烷——这种气体存在于它们的消化系统中。甲烷也被积极地用作各种熔炉的燃料。最后，甲烷是溶解在石油中的气体之一——提取“黑金”也会释放出大量的温室气体。
全球碳项目团队研究了从2000年至2017年的甲烷排放量——在这段时间里，他们获得了最完整的数据。事实证明，在二十一世纪初，每年约有3.24亿吨甲烷排放到大气中。2017年，排放到空气中的二氧化碳数量显着增加——平均而言，人类产生了约3.64亿吨甲烷。根据科学家们的计算，在过去20年间，甲烷排放量增加了12%。最危险的来源是农场、垃圾填埋场和矿物燃料的开采。
大多数甲烷产自于非洲、中东、南亚和大洋洲。据报道，近年来，这些地区向大气排放的甲烷量增加了100-150万吨。当然，随着时间的推移，甲烷的排放量将继续增加，那么地表的气温也将上升得更快。
可燃冰（Methane ice，也称作甲烷水合物、甲烷冰、甲烷气水包合物或天然气水合物）是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以被称作“可燃冰”（Combustible ice）或者“固体瓦斯”“汽冰”。它是一种燃烧值高、清洁无污染的新型能源，分布广泛而且储量巨大。
天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。在标准状况下，一单位体积的天然气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体。
世界上海底天然气水合物已发现的主要分布区是大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东海岸外的布莱克海台等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、中国南海海槽、苏拉威西海和新西兰北部海域等，东太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亚滨外和秘鲁海槽等，印度洋的阿曼海湾，南极的罗斯海和威德尔海，北极的巴伦支海和波弗特海，以及大陆内的黑海与里海等。
在地球上大约有27%的陆地是可以形成天然气水合物的潜在地区，而在世界大洋水域中约有90%的面积也属这样的潜在区域。已发现的天然气水合物主要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。由于采用的标准不同，不同机构对全世界天然气水合物储量的估计值差别很大。
天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时，对人类生存环境也提出了严峻的挑战。天然气水合物中的甲烷，其温室效应为CO2的20倍，而全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总量的3000倍，若有不慎，让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去，将产生无法想象的后果。
全球变暖，极地冻土融化，将面临甲烷大量释放的风险。即使我们控制了CO2的人为排放，我们能控制天然气水合物的开采、使用和自然排放吗？
甲烷去哪了？
无论是二氧化碳还是甲烷，都在大气圈、海洋圈和岩石圈之间不断循环。集中在大气圈的温室气体，通过循环可以转移到海洋圈和岩石圈，也可以从海洋圈和岩石圈转移到大气圈。
路径之一：海底藏冷效应
赤道热两极冷是太阳能量纬度不均匀分布造成的。由于大气热容量低，大气热对流不能改变这一基本规律。海水则不同，其热容量大，热对流的传热效果十分显著。计算表明，每立方米的水和空气温度降低一度所释放的能量分别为4180000焦尔和1290焦尔，前者是后者的3240倍。这个巨大差别可从海洋性气候和大陆性气候的比较中看到。瓦伦西亚岛和赤塔同在北纬52度附近，前者位于爱尔兰的大西洋岸，属于海洋性气候，后者位于亚洲大陆内部，属于大陆性气候。虽然纬度相近，但温差在一年内的分布相差悬殊。一年内最冷和最热月份温度的差值，在瓦伦西亚只有7.9度，在赤塔则为46.1度，大于前者5.5倍之多。前者年均温度为摄氏10.3度，后者为零下3度，差值为13.3度。这说明海洋的内能多于大陆，海洋是大气热量的重要供应者。
海水因为含有平均约3.5%的盐分，所以它的最大密度约出现在摄氏负2度左右，恰好与海水开始结冰的温度很接近。两极临近结冰的海水密度最大，源源不断地沉入两极海底，自转离心力使较重的海水向赤道海底运动，形成全球巨厚的海底冷水层。由于太阳辐射不能进入这个领域，“冷”被安全地封存在海底，冷水领域还不断扩大。赤道海水表层热水在上、冷水在下，垂直方向只有热传导、没有热对流。随着海洋冷水区的不断扩大和赤道海洋表层热水区的不断缩小，赤道和两极的温差也不断加大，形成中、高纬度地区的冰盖和冰川。我们称这个过程为海底藏冷效应。它是海气相互作用的典型范例，大气中的“冷能”由此而进入海洋。冰雪反射太阳辐射，随着冰雪面积的不断扩大，地表接受到的太阳能量越来越少，使大气和海洋越来越冷，冰期有一个长期的“冷积累”过程。
温室气体在海水溶解度随温度降低而升高，冷水在沉入海底时携带大量温室气体，在低温高压下形成干冰和甲烷冰。
路径之二：海洋锅炉效应
由于内核相对地壳地幔的差异旋转，太阳辐射达到最大值时使核幔角动量交换达到高峰，部分旋转动能转变为热能积累在核幔边界赤道区（此处核幔速度差最大，积累的热能最多）。超级热幔柱（羽）由核幔边界赤道热区升起，在海底赤道区喷发，加热了底层海水，并引发赤道和两极之间的海洋整体热循环，降低了赤道和两极大气的温差，使两极的海温和气温逐渐上升到冰点以上，消除了海洋藏冷效应的“冷源”，形成全球无冰温暖气候，产生晚白垩纪赤道海洋表层低温之谜（当时温度为摄氏21度，比现代低6.5度）。我们称这个过程为海洋锅炉效应。
有证据表明，随着热幔柱喷发强度的减弱，近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15度，大气冷却了10~15度。这是典型的地、海、气相互作用。计算表明，一亿二千万年前形成翁通爪哇海台的海底热幔柱喷发，其释放的热量可使全球海水温度增高33度，喷发过程经历了几百万年时间。
有证据表明,在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4度以上。海底火山活动引发的深海热对流在全球气候变化中的作用不容忽视[2-8]。
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海洋锅炉效应加热了海底冷水，形成全球海洋热循环，将温室气体释放到大气圈。这一方式包括二氧化碳和甲烷。事实上，煤炭自燃，沼气释放，冻土融化，可燃冰自燃等自然排放的温室气体不可避免。
图1 海底藏冷效应和海洋锅炉效应
地球气候存在不可否认的自然循环：海底藏冷效应——温室气体贮存在海洋中和岩石中——冰期形成——海平面下降海洋地壳上升导致海底张裂地震和火山活动——海底火山喷发造成海洋锅炉效应——海洋温室气体释放到大气——全球变暖导致的冰盖融化和海平面上升——地壳均衡导致挤压地震发生——降水增大形成酸雨使海洋酸度增大——在大陆地表和海洋底层增大二氧化碳形成碳酸盐的机会——温室气体浓度降低导致气候变冷。
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