在南极洲西部冰盖上，冬季气温可能骤降至零下 50 摄氏度以下。但在冰层下，科学家们发现来自地球内部强烈的地热正在向上渗透。他们测得的热量产生量几乎是全球平均水平的四倍——“高于全球大陆所有测量值的 99%”，加州大学圣克鲁兹分校的水文地质学家安德鲁·费舍尔说，他参与了该项目。根据 7 月 10 日发表在《科学进展》上的结果，这种过多的热量每年可能会从南极洲西部冰盖底部融化多达 35 立方公里的水。
这些融水可能有助于在冰下创造一个巨大的、隐藏的水生生物栖息地——一些科学家称之为地球上最大的沼泽地区。它还可能通过形成润滑区域来影响冰盖的力学，这些区域引导着主要冰川的流动路径和速度，而这些冰川将冰输送到海洋。“我们认为水是控制冰川移动速度快慢的旋钮，”加州大学圣克鲁兹分校的冰川学家斯瓦维克·图拉奇克说。如果科学家们想要预测随着气温升高，南极洲将向海洋倾泻多少冰，他们就需要了解这一过程。
研究人员已经在全球 34,000 多个地点测量了地热产生量。但几十年来，他们只能对南极洲冰层下的热量渗透量做出有根据的猜测——这片区域几乎是澳大利亚的两倍大，从未被直接勘探过。这种情况在 2013 年 1 月发生了改变，当时由图拉奇克共同领导的一个团队深入南极洲，并在 800 米厚的冰层上钻了一个洞。
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图拉奇克的团队正在钻探一个名为惠兰斯冰下湖的水体，该湖泊密封在南极洲西部的冰层下——南极洲大陆的这一部分直接位于太平洋南部，介于新西兰和南美洲的最南端之间。该团队希望了解可能有哪些生命栖息在这个湖泊中。他们的实验也为将一个巨大的温度计插入湖床创造了绝佳机会——这是一根三米长的金属探针，精确到千分之一摄氏度。费舍尔花了两年时间建造和测试该设备。关键时刻发生在 2013 年 1 月 31 日。整个尝试悬于一线——或者更确切地说，是一根匆忙打结的绳子上。
地热夜灯
那一年，我陪同图拉奇克和其他十几位研究人员前往偏远的钻探地点。它坐落在距离南极点 600 公里处单调的冰雪平原上。那天早上大约凌晨 1:00，图拉奇克从帐篷里爬出来时，在耀眼的阳光下眨了眨眼。他很快收到了坏消息：他需要将探针降入湖中半英里的巨型绞车坏了。探针重 550 公斤，比一匹成年马还重——这是一个沉重的质量，有助于将其驱动到冰下泥浆中。但现在，图拉奇克和他的博士生肯尼斯·曼科夫花了八个小时的疯狂时间拆卸和重新设计它，以将其重量减半，以便较小的绞车可以处理它。
这个纤细版的温度计有一个主要的缺点：它现在没有任何环，可以让他们将其夹在绞车电缆的末端。事实上，它仅仅由一根细长的金属杆组成。他们即兴发挥，只是简单地用绳子绕在其光滑的轴上打了个结——这种权宜之计似乎注定要失败。“要么成功，要么失败——这是一次性的事情，”图拉奇克在当天早上短暂的休息时间里告诉我。他担心当他们试图将其拉回时，绳子会从金属探针上脱落——将其永远卡在近一公里深的粘稠泥浆中。
因此，当几个小时后它从钻孔中吊起时，人们可以理解地松了一口气。覆盖其下半部分的巧克力色泥浆表明，它已刺入湖床超过一米——刚好足以测量热流。
7 月 10 日发布的结果显示，热能正以每平方米 285 毫瓦的速率从地球中渗出。这是一个微小的能量——相当于一个小 LED 夜灯散发的热量。但这比科学家先前估计的南极洲西部的地热量多出两到三倍。事实上，它类似于在火山活跃地区（例如怀俄明州的黄石公园和加利福尼亚州的拉森山）进行的测量。如果将这种较高的热量测量值在整个南极洲西部范围内进行放大，每年可能会释放出额外的 10 到 20 立方公里的冰下融水——有效地使产量翻了一番。
光滑和滑动
“这是一次测量，”费舍尔警告说——热流可能因地而异。但这提出了一些令人着迷的可能性：他们测量地热的区域包含六个冰下湖泊，水通过不断变化的辫状冰下河流从一个湖泊流向另一个湖泊。费舍尔说，这些湖泊的存在可能归功于当地的地热热点，这些热点为它们提供水源。热点也可能解释了人们认为存在于南极洲西部冰层下的其他 60 多个湖泊中的许多湖泊。
这些湖泊之所以引起人们的极大兴趣，是因为它们可能蕴藏着水生生物。从惠兰斯湖（图拉奇克、曼科夫和费舍尔在 2013 年测量热流的地方）取出的水中，每毫升含有 130,000 个活细胞（每茶匙略超过 50 万个）——数量惊人，与一些开阔海洋区域相似。
图拉奇克说，南极洲西部可能比地势较高的东部大陆散发出更多的热量。与东部地区不同，南极洲西部形成一个宽阔的低洼鞍部；其冰下床面倾斜到海平面以下数百甚至数千米。他补充说，这种地形是由一个宽阔的构造裂谷形成的，“在许多方面都类似于内华达州和加利福尼亚州东部的盆地和山脉[省份]。” 逐渐的拉伸使该地区的地壳变薄，从而使热岩和岩浆从下方隆起。
南极洲内部的大部分冰块每年仅蠕动几米——但少数主要的冰流，宽度达 100 公里，每年流动数百甚至数千米——巨大的传送带，每年将数千立方公里的冰从内部运出并倾倒入海洋。图拉奇克和其他人认为，当地的热点会影响这些冰流的流动路径和速度。
2014 年，科学家报告说，一条主要的南极洲西部冰流，即特威茨冰川，位于几个当地热点的顶部（使用穿冰雷达和计算机建模推断）。德克萨斯大学奥斯汀分校的冰川学家邓肯·杨是该研究的参与者，他说这些热点可能会融化水并润滑冰川。热点位于冰川内陆支流的几个关键位置下方，可能会增加注入冰川主干的冰量——并最终注入海洋，从而导致海平面上升。特威茨冰川尤其引人关注，因为它已经在加速和变薄以应对气温上升。
关于南极洲西部冰盖下隐藏的广阔景观，仍有许多东西需要了解，但一种可能性正变得越来越清晰。使用穿冰雷达进行的航空测量显示，冰下地形中存在许多孤立的高点。这些高点通常与强烈的磁异常相对应——铁含量丰富的熔岩的标志。“现在已经在冰盖下识别出至少三座冰下火山，”杨说，“我们怀疑还有更多”——可能数百座。数十座疑似火山拥有异常矮胖的轮廓，这表明它们实际上是在被冰盖的巨大重量掩埋时喷发和生长的。至少有一座冰下火山被认为目前处于活跃状态——一座名为卡泽茨山的淹没山峰。
当冰盖流过这座火山的埋藏山峰时，冰盖的上表面会下降 50 米。年复一年地维持这个低洼点绝非易事，因为周围冰盖的巨大质量应该会向内渗出并填满即使是很浅的凹陷。计算表明，卡泽茨山散发出 7 亿瓦的地热——大致相当于一座中型核电站产生的能量。它通过每年从冰盖底部融化 7000 万吨水来维持其上方的地形凹陷。
卡泽茨山或这些隐藏火山中的另一座完全有可能在未来爆发。没有人认为即使是灾难性的爆发也会撕裂冰盖——它太大了。但它产生的融水仍然可能导致像特威茨冰川这样的大型冰川以一种前所未有的方式加速。
杨和他在德克萨斯州的同事们继续分析雷达和磁数据，希望拼凑出南极洲西部冰盖下火山的更清晰图像。“我们还没有查看所有地方，”杨说。“我们对[冰下]地形的分辨率基本上是 20 世纪早期，甚至可能是 19 世纪，我们对北美洲的了解程度。”