2015年1月一個陽光明媚的早晨，澳大利亞破冰船RSV 南極光號 在東南極洲海岸附近的一場戰鬥中敗下陣來。幾天來，這艘船一直在努力衝破厚重的海冰。它撞入冰層，後退，然後再次向前猛撞。但厚達數米的海冰幾乎紋絲不動。位於澳大利亞霍巴特塔斯馬尼亞大學的海洋學家斯蒂芬·林托爾幾乎放棄了他的目標——抵達這片大陸上所有先前探險都未能到達的地區。“我真的以為就這樣了，”他說。“又一次失敗的嘗試。”
然後天氣來解圍了，風向改變，將冰吹離海岸，在冰層中開闢出一條通道。這艘船設法掙脫出來，在100公里的冰層中蜿蜒穿行，在午夜過後不久到達了冰凍大陸的邊緣。林托爾和他的團隊是第一批到達託滕冰架的科學家——這是一個巨大的漂浮冰架，位於東南極洲最大的冰川前端。“那真是一次令人振奮的經歷，”探險隊的首席科學家林托爾說。
團隊必須在冰層再次封閉並阻擋任何逃生路線之前抓緊時間工作。在超過12個小時的時間裡，林托爾和他的同事們不停地工作，探測水溫和鹽度、洋流的速度和方向以及海底的形狀和深度。他們還部署了在船隻離開後繼續進行測量的儀器。
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這些第一手的直接觀測證實了研究人員長期以來懷有的擔憂：來自周圍海洋的暖水會偷偷潛入漂浮的冰川舌下，從下方侵蝕冰層。“這可以解釋為什麼託滕冰川在過去幾十年裡一直在變薄，”林托爾說。
諸如此類的發現正在揭示關於東南極洲的一些可怕真相——橫貫南極山脈以東的廣闊偏遠陸地。該地區大約相當於整個美國那麼大，其大部分地區位於高達4093米的高原上，那裡的溫度可能會驟降至零下95攝氏度。由於東南極冰蓋看起來如此寒冷和孤立，研究人員認為它過去一直很穩定，並且在未來不太可能發生變化——這與規模小得多的西南極冰蓋形成鮮明對比，後者因為其許多冰川正在迅速後退而拉響了警報。
然而，在過去幾年裡，“幾乎所有我們認為我們瞭解的關於東南極洲的知識都被證明是錯誤的”，位於霍巴特附近金斯頓的澳大利亞南極分部的冰川學家塔斯·範·奧門說。透過乘坐裝有探測冰層下儀器的飛機飛越這片大陸，他的團隊發現，東南極洲的大部分地區都遠低於海平面，這使其比之前認為的更容易受到海洋變暖的影響。研究人員還發現了線索，表明巨大的託滕冰川（其冰量與西南極洲大致相當）在過去曾多次收縮和擴張——這是它未來可能退縮的另一個跡象。
儘管東南極洲今天似乎並沒有損失太多冰，但有跡象表明它正在感受到氣候變化的熱度，並正在以可測量的方式做出反應。這令人不安，因為它的冰蓋比西部的冰蓋大十倍以上。如果東南極洲所有低於海平面的冰都消失，世界海洋的高度將膨脹近20米。
研究人員現在正試圖收集儘可能多的關於東南極洲的資訊，以便更好地預測未來會發生什麼。他們擔心的是，在未來幾個世紀裡，那裡的冰蓋可能會達到臨界點。“一旦冰川退縮超過某個點，情況可能會急轉直下，導致海平面迅速上升，”加州大學歐文分校的冰川學家埃裡克·裡格諾特說。“我們不想在像這樣的災難中夢遊。”
深層危險
裡格諾特是最早警告東南極洲可能出現問題的科學家之一——這個地區長期以來被氣候研究人員忽視。2013年，他的團隊透過結合衛星影像、航空調查和氣候模型，詳細描述了南極洲邊緣周圍冰的行為。研究人員發現證據表明，包括託滕冰架在內的六個東南極冰架的底部融化速度遠高於預期——有些甚至可以與西南極洲快速退縮的冰川相媲美3。
當研究人員仔細觀察其中一些東南極冰川時，出現了更多令人驚訝的發現。1996年至2013年期間的衛星影像和航空調查顯示，託滕冰川的表面下降了12米，其接地線——從大陸流出的冰開始漂浮在海洋上的點——向內陸退縮了驚人的3公里。
英國杜倫大學的冰川學家克里斯·斯托克斯說：“這不是孤立事件。”他的團隊分析了1974年至2012年間獲得的衛星影像，這些影像覆蓋了東南極洲的所有沿海地區。大多數地區沒有淨冰量增加或減少。唯一的例外是威爾克斯地地區——一個比格陵蘭島還大的地區，包括託滕冰川。那裡四分之三的冰川在2000年至2012年間退縮。“威爾克斯地可能是東南極洲的薄弱環節，”斯托克斯說。
當研究人員思考東南極冰川令人驚訝的退縮時，範·奧門和他的同事們正在飛越託滕冰川以探測其底面。“冰層下方的地形對於冰川的流動方式以及它們對氣候變化的反應方式至關重要，”他說。當團隊在十年前發起一項名為ICECAP（透過航空地球物理剖面探測冰凍圈的國際合作）的國際倡議，以系統地調查東南極洲的隱藏地形時，“我們幾乎對那裡正在發生的事情一無所知”，他說。
從那時起的每個南極夏季，ICECAP的飛機都在廣闊的大陸上縱橫交錯，使用雷達以及重力和磁力感測器來觀察冰層。倫敦帝國理工學院的冰川學家、該專案的首席研究員馬丁·西格特說：“它們是世界上最好的飛行。”看似平坦的冰蓋瞬息萬變——風雕琢的雪丘和在超凡脫俗的南極光線下閃爍著數千種色調的冰。“它就像另一個星球，”他說。
這些飛行揭示了隱藏在相對平坦的冰蓋下令人震驚的戲劇性景觀。今年1月，由上海中國極地研究所的冰川學家孫波領導的航空調查的初步結果證實了一條長達1100公里的峽谷的存在——這是世界上最長的峽谷，幾乎與美國的大峽谷一樣深。在之前飛越威爾克斯地的飛行中，範·奧門的團隊發現，託滕冰川流域的21%位於海平面以下1公里以上——面積是之前估計的100倍。“我們真的沒想到它會如此廣闊，”德克薩斯大學奧斯汀分校的地球物理學家、另一位ICECAP首席研究員唐納德·布蘭肯希普說。
該團隊還發現了水下槽谷，這些槽谷從託滕冰架的邊緣一直延伸到內陸125公里的接地線，最深可達海平面以下2.7公里。這種輪廓鮮明的地形可能使來自近海的暖水迅速到達並侵蝕冰層。
2015年RSV 南極光號 到達託滕冰川時，首次有機會研究那裡的水的命運。在冰川舌附近，林托爾和他的同事們探測到溫度高達0.3攝氏度的水——遠高於海水的零下2攝氏度冰點。“它們正在推動快速的融化速度，”林托爾說。他和他的團隊留下的儀器顯示，暖水全年都存在。如果這些水沿著最近發現的託滕冰川下方的通道到達接地線，它們的溫度將比該深度下的冰點至少高出3.2攝氏度。“那將是非常糟糕的訊息，”他說。
冰架的威脅也可能來自南極洲內部——來自冰蓋下的湖泊，這些湖泊週期性地向海岸傳送洪水。十年前，威爾克斯地冰蓋下的庫克湖突然乾涸，噴湧出52億立方米的洪水——這是南極洲有記錄以來規模最大的此類事件。堪薩斯大學勞倫斯分校的冰川學家利·斯特恩斯說，這種洪水可能是另一個不穩定的因素，導致冰流速度加快和更多冰山崩解。
動盪的過去
研究人員表示，這些情景不僅僅是假設。過去幾年的研究表明，東南極洲過去已經損失了很多冰，並且在不久的將來可能會再次發生這種情況。
其中一些證據來自2010年由綜合海洋鑽探計劃支援的一次探險，該探險從東南極洲海岸附近的海底取回了沉積物。獲得這些沉積物是一項危險的嘗試。這艘船不得不反覆停止鑽探並躲避巨大的冰山。“南極洲周圍的水域為海洋鑽探帶來了一些最具挑戰性的環境，”倫敦帝國理工學院的地球化學家、探險隊的首席研究員蒂娜·範·德·弗利爾特說。
然而，這些努力得到了回報，揭示了冰蓋歷史上令人驚訝的變化。“我們長期以來一直認為，當東南極冰蓋在大約1400萬年前增長到目前的規模時，故事就結束了，”範·德·弗利爾特說。“它是這個巨大的穩定冰塊，在面對氣候變化時並沒有真正做什麼。”
相反，海底沉積物揭示，冰蓋在530萬年前至330萬年前之間多次擴張和收縮——這是一個被稱為上新世的時期，當時氣溫比今天高出2攝氏度。“每次天氣變暖，我們都會收到清晰的訊號，這表明冰蓋對氣候變暖很敏感，”範·德·弗利爾特說。
研究人員表示，他們從最近的間冰期（129,000年至116,000年前）獲得了一些有趣的初步結果——當時全球氣溫與今天一樣溫暖。當時冰蓋的退縮幅度僅略小於溫暖得多的上新世時期。“這是一個很大的驚喜，”範·德·弗利爾特說。
紐約州帕利塞茲拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的地球化學家莫琳·雷莫說：“如果結果被證明是可靠的，我會說這真的很有趣。”“這可能意味著，只需稍微變暖，你就可以很容易地損失一定量的冰，”她說。
快進
隨著東南極洲的脆弱性日益凸顯，研究人員越來越擔心未來。預測未來幾十年或幾個世紀的唯一方法是使用計算機模型來模擬冰蓋如何應對不斷變化的氣候。但這些模型相對簡單，而且直到最近，它們還無法準確地重現過去的一些事件，例如科學家在東南極洲歷史上發現的重大冰川退縮。
馬薩諸塞大學阿默斯特分校的氣候研究員羅伯特·德孔託和賓夕法尼亞州立大學帕克分校的大衛·波拉德試圖透過考慮早期研究中遺漏的一些過程來使模擬更加真實。他們的模型允許冰面上的融水加深裂縫並分裂冰架，並且模擬冰崖在失去支撐它們的冰架後如何崩塌。
當德孔託和波拉德將這些過程包括在內時，他們的模型顯示，東南極洲的冰川在上一個間冰期和上新世期間大幅退縮。“這確實是首次成功地將冰蓋模擬與我們對過去冰川退縮和海平面上升的最佳理解大致匹配起來，”範·奧門說。
在回顧過去之後，研究人員將他們的模型轉向未來。在那裡，他們看到了好壞參半的訊息。在他們的模擬中，如果在本世紀末將全球變暖限制在工業化前水平以上約1.6攝氏度以下——大致符合《巴黎氣候協定》的目標，那麼整個南極冰蓋在未來500年內不會發生太大變化。
但如果到2100年氣溫升幅超過工業化前水平以上約2.5攝氏度並繼續攀升，南極冰融化將在2500年將海平面升高5米，其中近一半來自東南極洲。加上格陵蘭島冰融化，全球海平面將至少上升7米——足以淹沒孟買、上海、溫哥華和紐約等主要沿海城市的大部分地區。“這將徹底重塑世界海岸線，並影響數百萬人，”德孔託說。
他警告說，該模型仍然相當粗糙——主要是因為對東南極洲的觀測非常有限。“大部分海岸線根本沒有繪製地圖，”他說。
德孔託說，資料的缺乏還導致海洋模型非常糟糕，嚴重低估了到達冰架的暖水量。“這真的需要對海洋狀況進行長期監測。”
現在在東南極洲，隨著南半球冬季的到來，氣溫正在迅速下降；研究人員舒適地待在家裡，回顧野外考察季的最新資料。未來的首要任務是繪製所有主要冰架下方的基岩地圖。這將幫助研究人員識別可能被溫暖海水侵蝕的其他冰川，並預測一旦沿海邊緣的冰消失，內部可能會如何反應。
最可怕的發現之一將是大陸內部的大峽谷，這些峽谷隨著向海洋傾斜而變得更深。當東南極洲冰蓋的邊緣在未來幾十年和幾個世紀內開始瓦解時，這些峽谷可能會使東南極洲冰蓋的大部分地區變得不穩定。“那麼整個冰蓋可能會很容易地滑落，”布蘭肯希普說。“將沒有任何東西可以阻止它。”
本文經許可轉載，並於2017年4月12日首次發表。