南極探險旨在預測關鍵冰川的命運

冒險的科學家們蜂擁至正在融化的思韋茨冰川,尋找海平面上升速度的線索

Thwaites Glacier

思韋茨冰川。

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。

Andrea Thompson is an associate editor covering the environment, energy and earth sciences. She has been covering these issues for 16 years. Prior to joining 大眾科學, she was a senior writer covering climate science at Climate Central and a reporter and editor at Live Science, where she primarily covered earth science and the environment. She has moderated panels, including as part of the United Nations Sustainable Development Media Zone, and appeared in radio and television interviews on major networks. She holds a graduate degree in science, health and environmental reporting from New York University, as well as a B.S. and an M.S. in atmospheric chemistry from the Georgia Institute of Technology. Follow Thompson on Bluesky @andreatweather.bsky.social

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