2015年1月一个阳光明媚的早晨，澳大利亚破冰船RSV 南极光号 在东南极洲海岸附近的一场战斗中败下阵来。几天来，这艘船一直在努力冲破厚重的海冰。它撞入冰层，后退，然后再次向前猛撞。但厚达数米的海冰几乎纹丝不动。位于澳大利亚霍巴特塔斯马尼亚大学的海洋学家斯蒂芬·林托尔几乎放弃了他的目标——抵达这片大陆上所有先前探险都未能到达的地区。“我真的以为就这样了，”他说。“又一次失败的尝试。”
然后天气来解围了，风向改变，将冰吹离海岸，在冰层中开辟出一条通道。这艘船设法挣脱出来，在100公里的冰层中蜿蜒穿行，在午夜过后不久到达了冰冻大陆的边缘。林托尔和他的团队是第一批到达托滕冰架的科学家——这是一个巨大的漂浮冰架，位于东南极洲最大的冰川前端。“那真是一次令人振奋的经历，”探险队的首席科学家林托尔说。
团队必须在冰层再次封闭并阻挡任何逃生路线之前抓紧时间工作。在超过12个小时的时间里，林托尔和他的同事们不停地工作，探测水温和盐度、洋流的速度和方向以及海底的形状和深度。他们还部署了在船只离开后继续进行测量的仪器。
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这些第一手的直接观测证实了研究人员长期以来怀有的担忧：来自周围海洋的暖水会偷偷潜入漂浮的冰川舌下，从下方侵蚀冰层。“这可以解释为什么托滕冰川在过去几十年里一直在变薄，”林托尔说。
诸如此类的发现正在揭示关于东南极洲的一些可怕真相——横贯南极山脉以东的广阔偏远陆地。该地区大约相当于整个美国那么大，其大部分地区位于高达4093米的高原上，那里的温度可能会骤降至零下95摄氏度。由于东南极冰盖看起来如此寒冷和孤立，研究人员认为它过去一直很稳定，并且在未来不太可能发生变化——这与规模小得多的西南极冰盖形成鲜明对比，后者因为其许多冰川正在迅速后退而拉响了警报。
然而，在过去几年里，“几乎所有我们认为我们了解的关于东南极洲的知识都被证明是错误的”，位于霍巴特附近金斯顿的澳大利亚南极分部的冰川学家塔斯·范·奥门说。通过乘坐装有探测冰层下仪器的飞机飞越这片大陆，他的团队发现，东南极洲的大部分地区都远低于海平面，这使其比之前认为的更容易受到海洋变暖的影响。研究人员还发现了线索，表明巨大的托滕冰川（其冰量与西南极洲大致相当）在过去曾多次收缩和扩张——这是它未来可能退缩的另一个迹象。
尽管东南极洲今天似乎并没有损失太多冰，但有迹象表明它正在感受到气候变化的热度，并正在以可测量的方式做出反应。这令人不安，因为它的冰盖比西部的冰盖大十倍以上。如果东南极洲所有低于海平面的冰都消失，世界海洋的高度将膨胀近20米。
研究人员现在正试图收集尽可能多的关于东南极洲的信息，以便更好地预测未来会发生什么。他们担心的是，在未来几个世纪里，那里的冰盖可能会达到临界点。“一旦冰川退缩超过某个点，情况可能会急转直下，导致海平面迅速上升，”加州大学欧文分校的冰川学家埃里克·里格诺特说。“我们不想在像这样的灾难中梦游。”
深层危险
里格诺特是最早警告东南极洲可能出现问题的科学家之一——这个地区长期以来被气候研究人员忽视。2013年，他的团队通过结合卫星图像、航空调查和气候模型，详细描述了南极洲边缘周围冰的行为。研究人员发现证据表明，包括托滕冰架在内的六个东南极冰架的底部融化速度远高于预期——有些甚至可以与西南极洲快速退缩的冰川相媲美3。
当研究人员仔细观察其中一些东南极冰川时，出现了更多令人惊讶的发现。1996年至2013年期间的卫星图像和航空调查显示，托滕冰川的表面下降了12米，其接地线——从大陆流出的冰开始漂浮在海洋上的点——向内陆退缩了惊人的3公里。
英国杜伦大学的冰川学家克里斯·斯托克斯说：“这不是孤立事件。”他的团队分析了1974年至2012年间获得的卫星图像，这些图像覆盖了东南极洲的所有沿海地区。大多数地区没有净冰量增加或减少。唯一的例外是威尔克斯地地区——一个比格陵兰岛还大的地区，包括托滕冰川。那里四分之三的冰川在2000年至2012年间退缩。“威尔克斯地可能是东南极洲的薄弱环节，”斯托克斯说。
当研究人员思考东南极冰川令人惊讶的退缩时，范·奥门和他的同事们正在飞越托滕冰川以探测其底面。“冰层下方的地形对于冰川的流动方式以及它们对气候变化的反应方式至关重要，”他说。当团队在十年前发起一项名为ICECAP（通过航空地球物理剖面探测冰冻圈的国际合作）的国际倡议，以系统地调查东南极洲的隐藏地形时，“我们几乎对那里正在发生的事情一无所知”，他说。
从那时起的每个南极夏季，ICECAP的飞机都在广阔的大陆上纵横交错，使用雷达以及重力和磁力传感器来观察冰层。伦敦帝国理工学院的冰川学家、该项目的首席研究员马丁·西格特说：“它们是世界上最好的飞行。”看似平坦的冰盖瞬息万变——风雕琢的雪丘和在超凡脱俗的南极光线下闪烁着数千种色调的冰。“它就像另一个星球，”他说。
这些飞行揭示了隐藏在相对平坦的冰盖下令人震惊的戏剧性景观。今年1月，由上海中国极地研究所的冰川学家孙波领导的航空调查的初步结果证实了一条长达1100公里的峡谷的存在——这是世界上最长的峡谷，几乎与美国的大峡谷一样深。在之前飞越威尔克斯地的飞行中，范·奥门的团队发现，托滕冰川流域的21%位于海平面以下1公里以上——面积是之前估计的100倍。“我们真的没想到它会如此广阔，”德克萨斯大学奥斯汀分校的地球物理学家、另一位ICECAP首席研究员唐纳德·布兰肯希普说。
该团队还发现了水下槽谷，这些槽谷从托滕冰架的边缘一直延伸到内陆125公里的接地线，最深可达海平面以下2.7公里。这种轮廓鲜明的地形可能使来自近海的暖水迅速到达并侵蚀冰层。
2015年RSV 南极光号 到达托滕冰川时，首次有机会研究那里的水的命运。在冰川舌附近，林托尔和他的同事们探测到温度高达0.3摄氏度的水——远高于海水的零下2摄氏度冰点。“它们正在推动快速的融化速度，”林托尔说。他和他的团队留下的仪器显示，暖水全年都存在。如果这些水沿着最近发现的托滕冰川下方的通道到达接地线，它们的温度将比该深度下的冰点至少高出3.2摄氏度。“那将是非常糟糕的消息，”他说。
冰架的威胁也可能来自南极洲内部——来自冰盖下的湖泊，这些湖泊周期性地向海岸发送洪水。十年前，威尔克斯地冰盖下的库克湖突然干涸，喷涌出52亿立方米的洪水——这是南极洲有记录以来规模最大的此类事件。堪萨斯大学劳伦斯分校的冰川学家利·斯特恩斯说，这种洪水可能是另一个不稳定的因素，导致冰流速度加快和更多冰山崩解。
动荡的过去
研究人员表示，这些情景不仅仅是假设。过去几年的研究表明，东南极洲过去已经损失了很多冰，并且在不久的将来可能会再次发生这种情况。
其中一些证据来自2010年由综合海洋钻探计划支持的一次探险，该探险从东南极洲海岸附近的海底取回了沉积物。获得这些沉积物是一项危险的尝试。这艘船不得不反复停止钻探并躲避巨大的冰山。“南极洲周围的水域为海洋钻探带来了一些最具挑战性的环境，”伦敦帝国理工学院的地球化学家、探险队的首席研究员蒂娜·范·德·弗利尔特说。
然而，这些努力得到了回报，揭示了冰盖历史上令人惊讶的变化。“我们长期以来一直认为，当东南极冰盖在大约1400万年前增长到目前的规模时，故事就结束了，”范·德·弗利尔特说。“它是这个巨大的稳定冰块，在面对气候变化时并没有真正做什么。”
相反，海底沉积物揭示，冰盖在530万年前至330万年前之间多次扩张和收缩——这是一个被称为上新世的时期，当时气温比今天高出2摄氏度。“每次天气变暖，我们都会收到清晰的信号，这表明冰盖对气候变暖很敏感，”范·德·弗利尔特说。
研究人员表示，他们从最近的间冰期（129,000年至116,000年前）获得了一些有趣的初步结果——当时全球气温与今天一样温暖。当时冰盖的退缩幅度仅略小于温暖得多的上新世时期。“这是一个很大的惊喜，”范·德·弗利尔特说。
纽约州帕利塞兹拉蒙特-多尔蒂地球观测站的地球化学家莫琳·雷莫说：“如果结果被证明是可靠的，我会说这真的很有趣。”“这可能意味着，只需稍微变暖，你就可以很容易地损失一定量的冰，”她说。
快进
随着东南极洲的脆弱性日益凸显，研究人员越来越担心未来。预测未来几十年或几个世纪的唯一方法是使用计算机模型来模拟冰盖如何应对不断变化的气候。但这些模型相对简单，而且直到最近，它们还无法准确地重现过去的一些事件，例如科学家在东南极洲历史上发现的重大冰川退缩。
马萨诸塞大学阿默斯特分校的气候研究员罗伯特·德孔托和宾夕法尼亚州立大学帕克分校的大卫·波拉德试图通过考虑早期研究中遗漏的一些过程来使模拟更加真实。他们的模型允许冰面上的融水加深裂缝并分裂冰架，并且模拟冰崖在失去支撑它们的冰架后如何崩塌。
当德孔托和波拉德将这些过程包括在内时，他们的模型显示，东南极洲的冰川在上一个间冰期和上新世期间大幅退缩。“这确实是首次成功地将冰盖模拟与我们对过去冰川退缩和海平面上升的最佳理解大致匹配起来，”范·奥门说。
在回顾过去之后，研究人员将他们的模型转向未来。在那里，他们看到了好坏参半的消息。在他们的模拟中，如果在本世纪末将全球变暖限制在工业化前水平以上约1.6摄氏度以下——大致符合《巴黎气候协定》的目标，那么整个南极冰盖在未来500年内不会发生太大变化。
但如果到2100年气温升幅超过工业化前水平以上约2.5摄氏度并继续攀升，南极冰融化将在2500年将海平面升高5米，其中近一半来自东南极洲。加上格陵兰岛冰融化，全球海平面将至少上升7米——足以淹没孟买、上海、温哥华和纽约等主要沿海城市的大部分地区。“这将彻底重塑世界海岸线，并影响数百万人，”德孔托说。
他警告说，该模型仍然相当粗糙——主要是因为对东南极洲的观测非常有限。“大部分海岸线根本没有绘制地图，”他说。
德孔托说，数据的缺乏还导致海洋模型非常糟糕，严重低估了到达冰架的暖水量。“这真的需要对海洋状况进行长期监测。”
现在在东南极洲，随着南半球冬季的到来，气温正在迅速下降；研究人员舒适地待在家里，回顾野外考察季的最新数据。未来的首要任务是绘制所有主要冰架下方的基岩地图。这将帮助研究人员识别可能被温暖海水侵蚀的其他冰川，并预测一旦沿海边缘的冰消失，内部可能会如何反应。
最可怕的发现之一将是大陆内部的大峡谷，这些峡谷随着向海洋倾斜而变得更深。当东南极洲冰盖的边缘在未来几十年和几个世纪内开始瓦解时，这些峡谷可能会使东南极洲冰盖的大部分地区变得不稳定。“那么整个冰盖可能会很容易地滑落，”布兰肯希普说。“将没有任何东西可以阻止它。”
本文经许可转载，并于2017年4月12日首次发表。