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阿拉斯加入海冰川的水下部分融化速度比之前预测的快100倍

地球关注|2019-7-30 16:02

来源:国家地理中文网|作者:JENNY HOWARD|208人参与|0评论

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阿拉斯加入海冰川的水下部分融化速度比之前预测的快100倍

  入海冰川,比如图中的阿拉斯加的这个入海冰川,其水下部分的融化速度比科学家之前根据理论模型估计的快100倍。

  摄影:JIM MONE/ AP

  最近,研究者使用一种新方法对一些冰川水下部分的融化速度进行了测量,结果揭示了一个令人惊讶的事实:某些冰川的融化速度比科学家们之前认为的要快100倍。

  在近日发表于《科学》杂志上的一项新研究中,一个由海洋学家和冰川学家组成的团队对入海冰川及其动态过程获得了新的认识。

  “他们发现正在发生的冰川融化与我们之前的一些假设存在相当大的差别,”科罗拉多大学波德分校国家冰雪数据中心的冰川学家Twila Moon说,她没有参与这项研究。

  有些裂冰和融化是冰川从冬季到夏季的季节性转变中都会经历的正常过程,甚至贯穿整个夏季。不过,气候变暖加速了全球冰川的融化,可能是通过冰川的表面融化,也可能是通过冰川的水下融化。

  冰川可以延伸到水下上百米,博伊西州立大学的冰川学家Ellyn Enderlin解释说,她没有参与这项研究。冰川水下部分融化速度的加快告诉我们,“冰川对海洋变化的敏感度远高于我们之前所以为的。”了解冰川融化过程并准确计算融化量对规划海平面上升至关重要。

  “能做到这一点我们非常兴奋,我们本来没有100%把握能完成这项研究,”俄勒冈大学的海洋学家、新研究的主要作者David Sutherland说。

  长期监测特定的冰川可以让研究人员和高中生了解气候变化导致的冰川融化情况。位于勒孔特湾附近的彼得堡高中的学生从1983年就开始收集勒孔特冰川终点位置的数据。几年前,他们发现勒孔特冰川开始后退,这引起了阿拉斯加大学东南分校的科学家们的注意,激发他们对勒孔特冰川的消融进行更深入的研究。

  测量融化的冰川

  Sutherland说,勒孔特冰川是一个理想的研究对象,因为对于入海冰川而言,这个冰川很容易靠近。勒孔特冰川的环境非常复杂,再加上该项目需要大量数据,所以海洋学家和冰川学家团队同时收集冰川的相关数据。

  计算冰川融化的速度比测量一杯水中的冰块的融化速度需要更多的技巧。对于冰川,你必须知道冰进入峡湾的速度有多快,以及多大比例的冰川在融化,多少比例的冰川在断裂或崩解。

  “我原以为很简单,理论上也说得通,” Sutherland笑着说。不过,即便是天气好的时候,驾船进入勒孔特峡湾(勒孔特冰川进入海洋的地方)都很困难。科学家们在船上每天24小时连续工作了数周,每个科学家12小时轮一次班。

  成群的高山山羊爬上山脊,鲸鱼经常出没于峡湾,海鸟在水中嬉戏。“如果对天气要求不高……那真是一个非常棒的地方,” Sutherland说。

  在24米长的MV Stellar上,海洋学家们完成了水下声纳探测,就像测量海洋深度的那些设备一样。不过,他们并未将声纳对准海底,而是让声纳倾斜,以收集冰川表面的水下部分的三维数据。

  接下来,海洋学家们必须了解声纳在峡湾水域的传播速度,以便做出准确的计算。Sutherland解释说,对水的性质进行进一步的“基本”测量很有必要,比如水的盐度和温度。在船的两侧悬挂超级昂贵的仪器有时会让人感到紧张。

  在连续两个夏天里,科学家们不断重复测量,每次科考都获得了多次扫描数据。

  “在夏天期间反复扫描整个冰川表面并不容易,”加利福尼亚大学尔湾分校的冰川学家Eric Rignot说,他没有参与这项研究。

  Rignot说,冰川前面有太多的冰意味着“船无法在冰中穿行”。有时,这意味着考察船忽然间不得不从勒孔特冰川表面撤退,而科学家们只能祈祷设备不掉入水中。

  与此同时,一个由冰川学家组成的团队在可以俯瞰勒孔特冰川的山脊上宿营。他们“照看”着一个精密的雷达设备,用该设备测量冰川的自然运动。阿拉斯加大学东南分校的冰川学家、该研究报告的共同作者杰Jason Amundson说,研究者当时使用了延时相机测量冰川的流动,以此了解冰川向海洋移动的速度。

  Moon说,当冰接近冰川的前端时,冰川就会加速移动,其前端则会坠入海洋。她把冰的运动比作挤一管牙膏:一旦牙膏到达末端,没有其他牙膏阻挡前进,就会移动得更快。冰川表面附近的冰每天可以移动近23米,知道这个速度对计算冰川融化至关重要。

  借助这些数据集,研究人员得以计算出冰川水下部分的总融化速度:比他们预期的快两个数量级。Rignot说,其中一个理论模型使用了20-30年,是一个公认不太理想的简化模型。

  入海冰川会发生数次融化过程,这也是科学家们从多个角度研究冰川融化之谜的原因。如果浴缸里有一大块冰,没有其它干扰因素,那么这块冰就会以背景速度融化。

  当一股从冰川表面融化的淡水流进入峡湾时,会进入靠近冰川表面的峡湾水域。浮力更大的淡水上升到表面,然后侵蚀冰川表面。

  之后冰川的水下部分就开始融化,只要是海洋接触冰川表面的地方都会融化。Sutherland说,新方法最酷的地方在于,你可以精确地找到冰川融化速度更快部分的确切位置。

  “大量被推入海洋的冰就从与海洋接触的地方开始融化……因此,冰川实际上因为融化而失去大量的冰,” Enderlin说。

  “流入海洋的大部分冰都被温暖的海水融化了,” Amundson说。

  科学家们通过计算发现,5月期间,冰川水下部分融化的速度每天为1.5米左右,8月则上升到每天4.9米。在这个夏天的末期,温暖的海水会加速水下融化。勒孔特湾的水温通常不到6摄氏度,相对冰甚至世界上的其它峡湾来说都算是比较温暖。

  其它冰川怎么样?

  Sutherland说,新方法的成功“为全世界的冰川研究人员打开了一扇门”。具体来说,阿拉斯加勒孔特冰川的研究方法可以用来研究格陵兰岛和南极洲的冰川。“在任何地方,冰川水下部分的融化可能都很重要,”Enderlin说。

  阿拉斯加大约有10万个冰川,其中只有50个是入海冰川,同时这些冰川是其中最大的一些冰川。“由于冰川进入海洋的地方会发生融化,这些冰川的变化速度可能比山谷冰川更快,” Amundson说。

  格陵兰岛基本上是一个巨大的冰原,共有近200个溢出冰川,不过那里的水温度要比勒孔特湾的水低得多。

  Rignot说,阿拉斯加冰川主要是表面融化,因为很少有冰川会最终进入海洋。格陵兰岛的冰川则既有表面融化,又有入海冰川融化。不过,在南极洲,冰川水下部分的融化是唯一的冰融化类型,因此了解阿拉斯加以外的冰川融化过程非常重要。

  Sutherland说,如果加上气候因素,比如随着气候变化,水和空气的温度都会上升,那么一定会有更多的冰融化。不过,这很难与自然融化分开。

  Moon说:“这些观察结果很清楚地告诉我们,有些东西我们已经错过了。这是一个真正的行动呼吁,有助于让我们更好地理解这些系统的工作机制”。

  幸运的是,科学家有一些时间来弄清楚这个问题。

  “这些冰川不会那么快消失……它们还会存在几十年,”Sutherland说。

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