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探寻南极冰盖融化“源代码”
2018年12月20日  作者:陈瑜   编辑:chunchun   审核:刘纯  版面:B3

格陵兰冰架

南极冰架

  日前有新闻爆出,英国南极调查局一个科研联合团队使用机载冰雷达观测了南极点附近约5000平方公里区域,发现南极点冰盖底部冰层正在融化,并推测融化现象可能是由于异常地热引发。相关研究发表在科学警告网站上。

  不仅如此,这些在冰盖底下被融出来的水,好比是在南极冰盖下部涂了一层厚厚的“润滑油”,会沿着冰盖底下的河流和湖泊流向南极洲的海岸线,进而影响到冰盖移动方向,并极有可能进一步影响到冰盖的稳定性。那么,到底什么才是导致南极冰盖融化的“源代码”?

格陵兰冰盖正加速融化

  英国《自然》杂志近日发表的一篇气候科学论文,报告了对格陵兰冰盖的融化速度和径流的连续性分析,时间跨度达几个世纪。结果显示,格陵兰冰盖近年来的融化速度较过去加快了。

  由于全球气候变暖,格陵兰冰盖正处于融化过程中。格陵兰冰盖是现代海平面上升的主要因素之一。但是,目前其融化速度是否异常,仍未可知,因为观测记录的追溯时长不够,而且过往研究没有分析整个冰盖。

  此次,美国罗文大学研究人员卢克·特鲁塞尔及同事,分析了西格陵兰岛冰芯的融化层,据此编制了一个跨越逾350年的记录。研究团队将这些融化层与现代格陵兰岛更大范围的融化过程关联起来。通过这种关系,研究人员将格陵兰冰盖融化记录推至1650年,并且报告称近年来格陵兰冰盖的融化和径流速度加快,超出了过去的变化范围。

  研究人员发现,19世纪中叶工业时代开启,北极开始变暖,不久,格陵兰冰盖的融化速度开始加快。此外,2012年的表面融化范围比过去350年里的任何时候都广泛,冰芯所记录的近十年(2004年—2013年)发生的融化比任何其他有记录的十年都要持久和强烈。分析显示,格陵兰冰盖的融化速度相较于气温升高呈非线性上升,在未来气候进一步变暖的情况下,可能会产生明显更大规模的融化事件。

异常地热来源仍是待解谜题

  冰盖是指覆盖着广大地区的极厚冰层的陆地面积。南极大陆超过99%的面积覆盖着平均厚度大于2160米的冰盖,贮藏了地球表面72%的珍贵淡水资源。中国气象科学研究院博士张通称,因为南极气候寒冷,冰盖表面融化的冰雪比较小,影响冰盖变化的主要原因是底部融化。

  不过最新研究发现,导致南极冰盖底部融化的是异常地热,其来源仍是待解的谜题。

  英国南极调查局推测这个现象背后有两个成因。调查局地理学家汤姆·乔丹认为,原因之一是冰盖下的花岗岩含有铀和钾等放射性元素,这些放射性元素释放出来的热能加热了冰盖。但如果只有放射性元素发热并热度应该不足以让冰盖逐年下沉。所以乔丹推测背后还有另一个成因——冰盖下方的岩床有断层,这些被放射性元素融化、加热过的水,很可能就像岩床中的温泉水一样,在冰盖下方不断循环、加热,形成一个稳定发热的热源。不过这些都是针对已发现的现象提出的假说,真正的融化原因还需要更深入的研究和钻探实测检验。更重要的是要扩大探测覆盖范围,才能真正探寻出南极冰盖融化的“源代码”。

藏在冰盖底部的秘密有待揭开

  这次在对南极点附近约5000平方公里区域的观测中,使用了一种有别于遥感的探测手段——冰雷达。冰雷达或称无线电回波探测,是冰川学家调查南极冰盖冰下特征的主要方法。在过去几十年里,冰雷达被广泛用于测量冰盖厚度、内部构造和冰下地貌,这些参数是计算冰盖体积和物质平衡、重建过去冰雪积累和消融率以及冰盖动力和沉积过程的基础。但中国极地研究中心副主任孙波介绍,由于缺乏观测数据,人类至今对冰盖底部环境和冰—岩作用认知非常有限。

  全球科学家对南极冰盖研究了这么多年,至今对冰盖变化现象的理解还是冰山一角。“已有的冰盖变化科学理论无法解释冰盖如此快速变化的现象,科学家们感到非常困惑。”孙波说,正因如此,越来越多的科学家猜测,引发冰盖不稳定的“隐形之手”应该隐藏在冰盖的底部,一旦对冰盖底部环境和过程的探测取得突破,南极冰盖科学将有突飞猛进的发现。

  但由于卫星遥感技术只能观测到冰盖表面信息,不能获取冰盖内部和底部的变化特征和关键过程,人类迄今无法准确理解和把握导致冰盖融化的关键过程和机理,也无法准确预测出冰盖未来的变化。

  然而,体量巨大的南极冰盖,其任何微小的变化都会对全球海平面、水循环、大气和海洋环流等造成明显影响,进而引发一系列社会和环境问题。

  冰盖融化引发全球海平面加速上升,不仅对自然环境及生态系统产生深刻影响,更对全球沿海地区的社会经济造成危害。一直以来,冰盖融化与海平面上升问题,不仅是全世界科学家的研究热点,更是人类共同面临的严峻挑战。从演化历史来看,南极冰盖曾多次发生数十年时间内,冰量变化引发海平面快速上升数米的事件。

  30年来,由于对冰盖融化理解的欠缺,使得全球海平面未来变化的精准预估问题一直困扰着科学家。

南极冰盖是在变薄还是在增厚

  如果南极冰盖全部融化可造成全球海平面上升58.3米。但是在之前的报道中,说南极冰盖融化的有之,说增厚的也有之,到底南极冰盖是在变薄还是在增厚?

  张通介绍,南极冰盖增厚或者减薄由物质的增加和损失的量来决定,这在学术上叫“物质平衡”。物质的增加来源主要是降水(雪);物质的损失有两类,一类是冰盖的融化,包括表面的融化和底部的融化,另一种是冰川流入海洋并最终消融。

  过去30年里,随着卫星遥感技术和冰盖遥感观测研究的深入发展,科学家对南极冰盖正在发生的变化已经有了基本了解。卫星遥感最新研究表明,西南极冰盖作为典型的海洋性冰盖,物质流失呈现加速现象,冰川消退已是不争的事实。而东南极冰盖似乎陷入了“冬眠期”。“现在整个东南极,物质大致处于一个平衡或者稍微有些增加的状态,即通过降水(雪)获得的量要大于融化和流入到海洋里面的量。”张通指出,“判断南极冰盖增厚还是减薄,要看具体的地理位置。”

南极冰架减退谁是幕后黑手

  在重力作用下,冰从南极内陆高原向海岸缓缓流动,其伸向海面的部分被称为冰架,冰架断裂则成为冰山,冰山最终在大海中消融。

  在张通看来,因为和海洋接触,冰架底部的融化要显著得多,有些地方每年能达到几十米。大部分区域在几米/年到十几米/年这个量级。

  前几年,北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院院长程晓和团队在收集了2005年—2011年南极洲外围地区逾万幅雷达卫星的影像资料后,对这些海量的原始资料进行精细化分析解读,精确测量了环绕整个南极面积大于10平方公里所有的冰架空间尺度在1平方公里以上的崩解事件。

  “研究发现,南极大陆周围一些大冰架缓慢增长的同时,许多尺度较小的冰架崩解加剧,正快速萎缩,这些频繁发生崩解的冰架同时也在变薄。”程晓表示,此前的研究表明,气候变化下,更暖的深层水流入到南极冰架的底部空腔内,加剧了冰架底部消融,导致冰架变薄。但他也指出,虽然业界已认识到冰架减退是南极冰物质损耗的主要途径之一,但南极冰架崩解与底部融化对冰架减退的贡献率以及相互联系仍是一个未解之谜。

合理使用冰盖 深入探索极地

  中国第35次南极科学考察队近日在南极冰盖考察时,发现一处适合建设大型机场的成片蓝冰区。这片蓝冰区位于中国南极内陆考察出发基地西南方向直线距离约10公里处。成片的蓝冰平展裸露着,走在冰面上特别滑。科考队员利用冰钻,初步了解了冰的厚度等情况。

  据中国第35次南极科考队领队孙波介绍,蓝冰机场可直接满足各类大型飞机的起降要求,且飞机原有的起落装置并不需要改造。目前,各国在南极共建有8个蓝冰机场。 “蓝冰拥有良好的承载力、抗冲击性和稳定性。美国的战略运输机环球霸王C17和大力神C130、俄罗斯的伊尔76运输机和我国的运20大型运输机,以及诸如空客和波音等超远程商业飞机,都可在蓝冰机场安全起降。”孙波说。

  中国目前在南极建有4个考察站,另有一个考察站正在建设中,但尚未有一个永久性的机场。在2015年至2016年进行的中国第32次南极考察期间,固定翼飞机“雪鹰601”在南极试飞成功,标志着中国南极考察航空时代来临。但中国科考队常使用的机场是俄罗斯进步站的雪面机场,气象保障、机场维护等均借助国外考察站力量完成。为确保日后固定翼飞机安全运行,中国第35次南极考察任务包括在中山站附近试验性建设雪面机场。与适合大型飞机起降的蓝冰机场相比,雪面机场适合雪橇飞机起降,不适合大型飞机起降。蓝冰机场平整度较好,而雪面机场的雪需不停压实。

光明网 

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