如果思韦茨冰川消失,那么整个南极西部冰盖也可能随之消失。思韦茨冰川长期以来一直被认为是这片巨大冰盖的关键,该冰盖面积相当于墨西哥,如果全部融化,可能会导致海平面上升超过三米。仅思韦茨冰川每年就损失500亿吨冰,最近的研究表明,该冰川已经进入了不可逆转的融化和退缩循环,这让科学家们非常担忧。
冰川本质上是冰的河流。像其他南极冰川一样,思韦茨冰川也流向大海——一旦到达那里,它的冰就开始漂浮,形成所谓的冰架。这个冰架就像一道门挡,阻止冰川的流动。但是温暖的海水一直在蚕食思韦茨冰川的冰架;随着冰架变薄,它后面的冰流动得更快。同样的水也会侵蚀冰川的“接地线”,即冰川冰与海洋相遇的地方,岩脊目前有助于固定冰川。如果冰足够薄,它可能会与这些岩脊分离,导致接地线后退。由于思韦茨冰川和大部分冰盖都位于海平面以下的基岩上,接地线的任何后退都会让水进一步渗入内陆,融化更多的冰,进一步加速冰川的流动。由于思韦茨冰川排泄了更大的冰盖系统的中心部分,如果它损失足够多的体积,可能会破坏整个南极西部冰盖的稳定性。
多年来,科学家们一直试图对这处偏远的冰川进行一项重大研究,以便近距离观察驱动其退缩的过程,并寻找有关其消失速度的线索。现在,他们终于有机会开展一项耗资2500万美元的美国和英国联合考察项目,该项目包括八个子项目,将探测冰川及其环境的各个方面——这相当于气候科学领域的一次新的火星探测任务。这项为期五年的工作将使用各种工具,从在冰面上拖曳的雷达设备以绘制冰川内部图像,到自主水下航行器,再到附在海象上的传感器。
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思韦茨冰川下方的基岩向大陆内部倾斜,这使得温暖的深层海水能够向下流入冰架下方,侵蚀接地线。 资料来源:NSIDC 和 NASA
国家冰雪数据中心的项目共同负责人特德·斯坎博斯表示,收集到的数据将输入到气候模型中,有望更清晰地了解思韦茨冰川和南极西部的未来。《大众科学》采访了斯坎博斯,了解了这项名为国际思韦茨冰川合作的科学任务的重要性,以及研究人员在 2018 年 10 月出发时究竟会寻找什么。
[以下是采访的编辑记录]
为什么思韦茨冰川的融化会引起美国和其他遥远地区的担忧?
实际上,我们了解到,当你移动如此大量的质量(数万亿吨的冰)时,你实际上会稍微改变大陆对周围海洋的引力。因此,不仅平均海平面上升,而且——具有讽刺意味的是,我想说——在正在失去冰的冰盖附近,海平面实际上会下降,因为大陆不再像以前那样对海洋施加那么大的拉力。这意味着,如果到 2100 年,平均海平面上升一米,那么地球上大部分热带地区的海平面将上升 1.2、1.3 米。因此,这实际上意味着佛罗里达州、德克萨斯州、孟加拉国和上海等低纬度沿海城市和低洼地区将面临更大的问题。
为什么思韦茨冰川的演变如此难以预测?
很难确切知道冰川何时会变得足够薄,从而从目前阻碍其流动的接地线区域释放出来,也很难预测随着冰继续变薄,冰川的加速(冰川速度的加快)将如何展开。
最近出现的问题,也是真正让人们担心将(退缩的)时间尺度从几个世纪变为几十年的是所谓的“海洋冰崖不稳定”。这意味着,如果由于某种过程(可能与地表融化有关),你突然移除了冰川的前部,并使其崩解到所有漂浮的部分都消失,只剩下水岸边一百多米高的悬崖,那么那个悬崖本身就是不稳定的。悬崖顶部的应力足以立即使冰破裂,因此会出现悬崖一旦形成就开始崩塌的情况。但是它后面的冰更厚,因此那个悬崖甚至更不稳定。
我们在格陵兰岛看到的是,这些过程已经进行了一段时间,冰盖确实比退缩开始之前变薄并流动得快得多。但是,海洋冰崖的不稳定性似乎是暂时的,因为冰无论如何都在快速变形。因此,问题是:这一切将如何展开?
您能谈谈一些项目将探索的内容吗?
其核心实际上是这些关注冰川前部海洋和冰相互作用的研究,因为我们认为这将是触发点。因此,有两个研究旨在观察紧靠冰川前部的海洋如何与冰川冰相互作用——它是如何将其融化,以及融化的速度有多快。
这些前沿研究的其他方面是真正详细地绘制出洋流和温度分布图。我们将拥有的一位助手或合作者是海豹,它们将捆绑一个小型仪器包,每次潜入水下觅食时都会测量海水温度和盐度的分布图。我们计划使用海象。它们是了不起的潜水员;它们可以潜到水面以下一公里的深度。而且它们每天潜水 15、20 次,所以我们可以获得大量的信息。
然后,最难进行测量的地方是漂浮的冰架下方,也就是这块厚厚的冰板下方。你必须拥有一艘能够潜入相当深(水面以下数百米)的潜水器,然后真正依靠自身导航并自行做出决定,决定它是否需要向上、向下或绕过遇到的任何障碍物……一直到冰川首次漂浮的地方。
我们还将从冰面安装一些新的仪器,在那里我们使用热水钻。我们将钻穿大约一千英尺的冰层,然后将一串仪器放入海洋中。我们将在三四个地方这样做,并获得有关下面一年四季发生的情况的测量数据。所以,如果那还不是一场科学探险,我就不知道什么是了。
您将在数据中寻找哪些特征?例如,来自水下自主航行器和冰川表面的雷达横断面图的数据?
在驶过冰川以获得冰川冰的形态和下方基岩的形态的横断面图中,我们将寻找冰川冻结在下方岩石上的位置和融化的位置。(在大多数地方它都将被融化。)然后还有柔软的沉积物区。这东西基本上就像牙膏;它是完全粉碎的岩石,粘糊糊的,滑溜溜的。这也是南极西部冰川可以快速流动的一个重要原因。他们将在这些横断面图上寻找的另一件事是冰如何变形,我们实际上可以通过声波穿过冰的方式来测量它。
一般来说,[自主航行器]将[测量]温度和盐度。然后,更复杂的那款……将使用声纳详细绘制[当]它飞过海底时的地图,以及冰的下表面在细节上的样子。这些结构告诉你关于接地线的情况,因为接地线处的冰正以每年几公里的速度流向海洋。在(距离接地线)10 公里的地方,你所看到的东西在两三年前还固定在南极洲边缘的基岩上。
你们如何在如此偏远的地区进行如此复杂的研究?团队有多兴奋?
计划、计划、计划——以及大量关键部件的备件。我们只能希望有足够的运气和足够的技能来度过最初的几个季节,并从这一切中获得我们真正想要的数据。
这将是一项非常艰巨的工作。仅仅是电子邮件流量就已经非常巨大了。但是我们很高兴能够到那里去。那里会很偏远。我们会有一些日子会因为报名参加而憎恨自己。但最终,这将是一个伟大的故事,无论对于科学还是——我要坦率地告诉你——对于冒险来说都是如此。