在南極洲西部冰蓋上，冬季氣溫可能驟降至零下 50 攝氏度以下。但在冰層下，科學家們發現來自地球內部強烈的地熱正在向上滲透。他們測得的熱量產生量幾乎是全球平均水平的四倍——“高於全球大陸所有測量值的 99%”，加州大學聖克魯茲分校的水文地質學家安德魯·費舍爾說，他參與了該專案。根據 7 月 10 日發表在《科學進展》上的結果，這種過多的熱量每年可能會從南極洲西部冰蓋底部融化多達 35 立方公里的水。
這些融水可能有助於在冰下創造一個巨大的、隱藏的水生生物棲息地——一些科學家稱之為地球上最大的沼澤地區。它還可能透過形成潤滑區域來影響冰蓋的力學，這些區域引導著主要冰川的流動路徑和速度，而這些冰川將冰輸送到海洋。“我們認為水是控制冰川移動速度快慢的旋鈕，”加州大學聖克魯茲分校的冰川學家斯瓦維克·圖拉奇克說。如果科學家們想要預測隨著氣溫升高，南極洲將向海洋傾瀉多少冰，他們就需要了解這一過程。
研究人員已經在全球 34,000 多個地點測量了地熱產生量。但幾十年來，他們只能對南極洲冰層下的熱量滲透量做出有根據的猜測——這片區域幾乎是澳大利亞的兩倍大，從未被直接勘探過。這種情況在 2013 年 1 月發生了改變，當時由圖拉奇克共同領導的一個團隊深入南極洲，並在 800 米厚的冰層上鑽了一個洞。
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圖拉奇克的團隊正在鑽探一個名為惠蘭斯冰下湖的水體，該湖泊密封在南極洲西部的冰層下——南極洲大陸的這一部分直接位於太平洋南部，介於紐西蘭和南美洲的最南端之間。該團隊希望瞭解可能有哪些生命棲息在這個湖泊中。他們的實驗也為將一個巨大的溫度計插入湖床創造了絕佳機會——這是一根三米長的金屬探針，精確到千分之一攝氏度。費舍爾花了兩年時間建造和測試該裝置。關鍵時刻發生在 2013 年 1 月 31 日。整個嘗試懸於一線——或者更確切地說，是一根匆忙打結的繩子上。
地熱夜燈
那一年，我陪同圖拉奇克和其他十幾位研究人員前往偏遠的鑽探地點。它坐落在距離南極點 600 公里處單調的冰雪平原上。那天早上大約凌晨 1:00，圖拉奇克從帳篷裡爬出來時，在耀眼的陽光下眨了眨眼。他很快收到了壞訊息：他需要將探針降入湖中半英里的巨型絞車壞了。探針重 550 公斤，比一匹成年馬還重——這是一個沉重的質量，有助於將其驅動到冰下泥漿中。但現在，圖拉奇克和他的博士生肯尼斯·曼科夫花了八個小時的瘋狂時間拆卸和重新設計它，以將其重量減半，以便較小的絞車可以處理它。
這個纖細版的溫度計有一個主要的缺點：它現在沒有任何環，可以讓他們將其夾在絞車電纜的末端。事實上，它僅僅由一根細長的金屬桿組成。他們即興發揮，只是簡單地用繩子繞在其光滑的軸上打了個結——這種權宜之計似乎註定要失敗。“要麼成功，要麼失敗——這是一次性的事情，”圖拉奇克在當天早上短暫的休息時間裡告訴我。他擔心當他們試圖將其拉回時，繩子會從金屬探針上脫落——將其永遠卡在近一公里深的粘稠泥漿中。
因此，當幾個小時後它從鑽孔中吊起時，人們可以理解地鬆了一口氣。覆蓋其下半部分的巧克力色泥漿表明，它已刺入湖床超過一米——剛好足以測量熱流。
7 月 10 日釋出的結果顯示，熱能正以每平方米 285 毫瓦的速率從地球中滲出。這是一個微小的能量——相當於一個小 LED 夜燈散發的熱量。但這比科學家先前估計的南極洲西部的地熱量多出兩到三倍。事實上，它類似於在火山活躍地區（例如懷俄明州的黃石公園和加利福尼亞州的拉森山）進行的測量。如果將這種較高的熱量測量值在整個南極洲西部範圍內進行放大，每年可能會釋放出額外的 10 到 20 立方公里的冰下融水——有效地使產量翻了一番。
光滑和滑動
“這是一次測量，”費舍爾警告說——熱流可能因地而異。但這提出了一些令人著迷的可能性：他們測量地熱的區域包含六個冰下湖泊，水透過不斷變化的辮狀冰下河流從一個湖泊流向另一個湖泊。費舍爾說，這些湖泊的存在可能歸功於當地的地熱熱點，這些熱點為它們提供水源。熱點也可能解釋了人們認為存在於南極洲西部冰層下的其他 60 多個湖泊中的許多湖泊。
這些湖泊之所以引起人們的極大興趣，是因為它們可能蘊藏著水生生物。從惠蘭斯湖（圖拉奇克、曼科夫和費舍爾在 2013 年測量熱流的地方）取出的水中，每毫升含有 130,000 個活細胞（每茶匙略超過 50 萬個）——數量驚人，與一些開闊海洋區域相似。
圖拉奇克說，南極洲西部可能比地勢較高的東部大陸散發出更多的熱量。與東部地區不同，南極洲西部形成一個寬闊的低窪鞍部；其冰下床面傾斜到海平面以下數百甚至數千米。他補充說，這種地形是由一個寬闊的構造裂谷形成的，“在許多方面都類似於內華達州和加利福尼亞州東部的盆地和山脈[省份]。” 逐漸的拉伸使該地區的地殼變薄，從而使熱巖和岩漿從下方隆起。
南極洲內部的大部分冰塊每年僅蠕動幾米——但少數主要的冰流，寬度達 100 公里，每年流動數百甚至數千米——巨大的傳送帶，每年將數千立方公里的冰從內部運出並傾倒入海洋。圖拉奇克和其他人認為，當地的熱點會影響這些冰流的流動路徑和速度。
2014 年，科學家報告說，一條主要的南極洲西部冰流，即特威茨冰川，位於幾個當地熱點的頂部（使用穿冰雷達和計算機建模推斷）。德克薩斯大學奧斯汀分校的冰川學家鄧肯·楊是該研究的參與者，他說這些熱點可能會融化水並潤滑冰川。熱點位於冰川內陸支流的幾個關鍵位置下方，可能會增加註入冰川主幹的冰量——並最終注入海洋，從而導致海平面上升。特威茨冰川尤其引人關注，因為它已經在加速和變薄以應對氣溫上升。
關於南極洲西部冰蓋下隱藏的廣闊景觀，仍有許多東西需要了解，但一種可能性正變得越來越清晰。使用穿冰雷達進行的航空測量顯示，冰下地形中存在許多孤立的高點。這些高點通常與強烈的磁異常相對應——鐵含量豐富的熔岩的標誌。“現在已經在冰蓋下識別出至少三座冰下火山，”楊說，“我們懷疑還有更多”——可能數百座。數十座疑似火山擁有異常矮胖的輪廓，這表明它們實際上是在被冰蓋的巨大重量掩埋時噴發和生長的。至少有一座冰下火山被認為目前處於活躍狀態——一座名為卡澤茨山的淹沒山峰。
當冰蓋流過這座火山的埋藏山峰時，冰蓋的上表面會下降 50 米。年復一年地維持這個低窪點絕非易事，因為周圍冰蓋的巨大質量應該會向內滲出並填滿即使是很淺的凹陷。計算表明，卡澤茨山散發出 7 億瓦的地熱——大致相當於一座中型核電站產生的能量。它透過每年從冰蓋底部融化 7000 萬噸水來維持其上方的地形凹陷。
卡澤茨山或這些隱藏火山中的另一座完全有可能在未來爆發。沒有人認為即使是災難性的爆發也會撕裂冰蓋——它太大了。但它產生的融水仍然可能導致像特威茨冰川這樣的大型冰川以一種前所未有的方式加速。
楊和他在德克薩斯州的同事們繼續分析雷達和磁資料，希望拼湊出南極洲西部冰蓋下火山的更清晰影像。“我們還沒有檢視所有地方，”楊說。“我們對[冰下]地形的解析度基本上是 20 世紀早期，甚至可能是 19 世紀，我們對北美洲的瞭解程度。”