南极探险旨在预测关键冰川的命运

冒险的科学家们蜂拥至正在融化的思韦茨冰川,寻找海平面上升速度的线索

Thwaites Glacier

思韦茨冰川。

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。

Andrea Thompson is an associate editor covering the environment, energy and earth sciences. She has been covering these issues for 16 years. Prior to joining 大众科学, she was a senior writer covering climate science at Climate Central and a reporter and editor at Live Science, where she primarily covered earth science and the environment. She has moderated panels, including as part of the United Nations Sustainable Development Media Zone, and appeared in radio and television interviews on major networks. She holds a graduate degree in science, health and environmental reporting from New York University, as well as a B.S. and an M.S. in atmospheric chemistry from the Georgia Institute of Technology. Follow Thompson on Bluesky @andreatweather.bsky.social

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