探寻南极冰盖融化“源代码”

科技日报 2018/12/17

这是“雪龙”号附近冰山下的阿德利企鹅(12月2日摄)。连日来,中国第35次南极科考队搭乘的“雪龙”号极地考察船停靠在南极中山站固定冰外缘海域,距离中山站44公里处卸运物资。一群帝企鹅和阿德利企鹅“陪伴”左右,对“雪龙”号充满好奇。新华社记者 刘诗平 摄

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,好比在南极冰盖下部涂的一层厚厚“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,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”?科技日报记者就此采访了相关人士。

  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告诉科技日报记者,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。

不过最新研究发现的导致南极冰盖底部融化的异常地热来源,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,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说,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解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尺度内,冰量变化引发海平面快速上升数米的事件。

但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,30年来一直困扰着科学家。

  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?

张通告诉记者,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,有些地方能达到几十米每年。大部分区域在几米每年到十几米每年这个量级。

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—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。”程晓在接受记者采访时表示,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。(陈瑜)

(责编:罗天林(实习生)、熊旭)
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