如果思韋茨冰川消失,那麼整個南極西部冰蓋也可能隨之消失。思韋茨冰川長期以來一直被認為是這片巨大冰蓋的關鍵,該冰蓋面積相當於墨西哥,如果全部融化,可能會導致海平面上升超過三米。僅思韋茨冰川每年就損失500億噸冰,最近的研究表明,該冰川已經進入了不可逆轉的融化和退縮迴圈,這讓科學家們非常擔憂。
冰川本質上是冰的河流。像其他南極冰川一樣,思韋茨冰川也流向大海——一旦到達那裡,它的冰就開始漂浮,形成所謂的冰架。這個冰架就像一道門擋,阻止冰川的流動。但是溫暖的海水一直在蠶食思韋茨冰川的冰架;隨著冰架變薄,它後面的冰流動得更快。同樣的水也會侵蝕冰川的“接地線”,即冰川冰與海洋相遇的地方,巖脊目前有助於固定冰川。如果冰足夠薄,它可能會與這些巖脊分離,導致接地線後退。由於思韋茨冰川和大部分冰蓋都位於海平面以下的基岩上,接地線的任何後退都會讓水進一步滲入內陸,融化更多的冰,進一步加速冰川的流動。由於思韋茨冰川排洩了更大的冰蓋系統的中心部分,如果它損失足夠多的體積,可能會破壞整個南極西部冰蓋的穩定性。
多年來,科學家們一直試圖對這處偏遠的冰川進行一項重大研究,以便近距離觀察驅動其退縮的過程,並尋找有關其消失速度的線索。現在,他們終於有機會開展一項耗資2500萬美元的美國和英國聯合考察專案,該專案包括八個子專案,將探測冰川及其環境的各個方面——這相當於氣候科學領域的一次新的火星探測任務。這項為期五年的工作將使用各種工具,從在冰面上拖曳的雷達裝置以繪製冰川內部影像,到自主水下航行器,再到附在海象上的感測器。
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思韋茨冰川下方的基岩向大陸內部傾斜,這使得溫暖的深層海水能夠向下流入冰架下方,侵蝕接地線。 資料來源:NSIDC 和 NASA
國家冰雪資料中心的專案共同負責人特德·斯坎博斯表示,收集到的資料將輸入到氣候模型中,有望更清晰地瞭解思韋茨冰川和南極西部的未來。《大眾科學》採訪了斯坎博斯,瞭解了這項名為國際思韋茨冰川合作的科學任務的重要性,以及研究人員在 2018 年 10 月出發時究竟會尋找什麼。
[以下是採訪的編輯記錄]
為什麼思韋茨冰川的融化會引起美國和其他遙遠地區的擔憂?
實際上,我們瞭解到,當你移動如此大量的質量(數萬億噸的冰)時,你實際上會稍微改變大陸對周圍海洋的引力。因此,不僅平均海平面上升,而且——具有諷刺意味的是,我想說——在正在失去冰的冰蓋附近,海平面實際上會下降,因為大陸不再像以前那樣對海洋施加那麼大的拉力。這意味著,如果到 2100 年,平均海平面上升一米,那麼地球上大部分熱帶地區的海平面將上升 1.2、1.3 米。因此,這實際上意味著佛羅里達州、德克薩斯州、孟加拉國和上海等低緯度沿海城市和低窪地區將面臨更大的問題。
為什麼思韋茨冰川的演變如此難以預測?
很難確切知道冰川何時會變得足夠薄,從而從目前阻礙其流動的接地線區域釋放出來,也很難預測隨著冰繼續變薄,冰川的加速(冰川速度的加快)將如何展開。
最近出現的問題,也是真正讓人們擔心將(退縮的)時間尺度從幾個世紀變為幾十年的是所謂的“海洋冰崖不穩定”。這意味著,如果由於某種過程(可能與地表融化有關),你突然移除了冰川的前部,並使其崩解到所有漂浮的部分都消失,只剩下水岸邊一百多米高的懸崖,那麼那個懸崖本身就是不穩定的。懸崖頂部的應力足以立即使冰破裂,因此會出現懸崖一旦形成就開始崩塌的情況。但是它後面的冰更厚,因此那個懸崖甚至更不穩定。
我們在格陵蘭島看到的是,這些過程已經進行了一段時間,冰蓋確實比退縮開始之前變薄並流動得快得多。但是,海洋冰崖的不穩定性似乎是暫時的,因為冰無論如何都在快速變形。因此,問題是:這一切將如何展開?
您能談談一些專案將探索的內容嗎?
其核心實際上是這些關注冰川前部海洋和冰相互作用的研究,因為我們認為這將是觸發點。因此,有兩個研究旨在觀察緊靠冰川前部的海洋如何與冰川冰相互作用——它是如何將其融化,以及融化的速度有多快。
這些前沿研究的其他方面是真正詳細地繪製出洋流和溫度分佈圖。我們將擁有的一位助手或合作者是海豹,它們將捆綁一個小型儀器包,每次潛入水下覓食時都會測量海水溫度和鹽度的分佈圖。我們計劃使用海象。它們是了不起的潛水員;它們可以潛到水面以下一公里的深度。而且它們每天潛水 15、20 次,所以我們可以獲得大量的資訊。
然後,最難進行測量的地方是漂浮的冰架下方,也就是這塊厚厚的冰板下方。你必須擁有一艘能夠潛入相當深(水面以下數百米)的潛水器,然後真正依靠自身導航並自行做出決定,決定它是否需要向上、向下或繞過遇到的任何障礙物……一直到冰川首次漂浮的地方。
我們還將從冰面安裝一些新的儀器,在那裡我們使用熱水鑽。我們將鑽穿大約一千英尺的冰層,然後將一串儀器放入海洋中。我們將在三四個地方這樣做,並獲得有關下面一年四季發生的情況的測量資料。所以,如果那還不是一場科學探險,我就不知道什麼是了。
您將在資料中尋找哪些特徵?例如,來自水下自主航行器和冰川表面的雷達橫斷面圖的資料?
在駛過冰川以獲得冰川冰的形態和下方基岩的形態的橫斷面圖中,我們將尋找冰川凍結在下方岩石上的位置和融化的位置。(在大多數地方它都將被融化。)然後還有柔軟的沉積物區。這東西基本上就像牙膏;它是完全粉碎的岩石,粘糊糊的,滑溜溜的。這也是南極西部冰川可以快速流動的一個重要原因。他們將在這些橫斷面圖上尋找的另一件事是冰如何變形,我們實際上可以透過聲波穿過冰的方式來測量它。
一般來說,[自主航行器]將[測量]溫度和鹽度。然後,更復雜的那款……將使用聲納詳細繪製[當]它飛過海底時的地圖,以及冰的下表面在細節上的樣子。這些結構告訴你關於接地線的情況,因為接地線處的冰正以每年幾公里的速度流向海洋。在(距離接地線)10 公里的地方,你所看到的東西在兩三年前還固定在南極洲邊緣的基岩上。
你們如何在如此偏遠的地區進行如此複雜的研究?團隊有多興奮?
計劃、計劃、計劃——以及大量關鍵部件的備件。我們只能希望有足夠的運氣和足夠的技能來度過最初的幾個季節,並從這一切中獲得我們真正想要的資料。
這將是一項非常艱鉅的工作。僅僅是電子郵件流量就已經非常巨大了。但是我們很高興能夠到那裡去。那裡會很偏遠。我們會有一些日子會因為報名參加而憎恨自己。但最終,這將是一個偉大的故事,無論對於科學還是——我要坦率地告訴你——對於冒險來說都是如此。
