沉睡冰巨人就要醒了 东南极冰盖研究引人担忧

我们对东南极洲的所有看法都是错误的。

一个研究小组在东南极洲最大的托特恩冰川发现了裂缝。资料来源:海登·亨德森

2015年1月的一个阳光明媚的早晨，澳大利亚皇家海军南极光号破冰船在南极洲东部输掉了一场战斗。几天来，这艘船一直试图冲破厚厚的海冰。那里的海冰有几米厚，使得船只难以前进。塔斯马尼亚大学的海洋学家斯蒂芬·林图尔(Stephen Rintoul)几乎放弃了他的目标，即到达南极的一个区域，这个区域曾挫败过所有先前的探险。“我真的很想这么做。”他说，“这是又一次失败的尝试。”

然后，天气被拯救了。风向的改变把海冰吹离了海岸，打开了一条通道。这艘船冲破了障碍，在海冰中行驶了100公里，然后在午夜过后不久到达了冰冻大陆的边缘。Rintoul和他的团队是第一批到达Totten冰原的科学家，Totten冰原是一片巨大的浮冰，面对着东南极洲最大的冰原。"这是一次非常愉快的经历。"探险队的首席科学家林图尔说。

该小组必须在海冰再次闭合之前迅速完成这项工作。他们的第一次直接观察证实了研究人员的持续恐惧，即他们周围温暖的海水会潜入漂浮的冰川舌下，并从下面吃掉那里的冰。"这可以解释为什么托顿冰川几十年来一直在下降."Rintoul说。

类似的发现揭示了南极洲东部令人担忧的事实，这是一个位于南极洲东部跨山区的广阔而遥远的大陆。这个面积相当于美国的整个面积，它的主体位于海拔4093米的高原上。那里的温度可以降低到-95℃。因为东南极地冰盖似乎很冷，与世界隔绝，研究人员认为它在过去是稳定的，未来变化的可能性非常小——与南极洲西部较小的冰盖形成鲜明对比，那里的许多冰川正在迅速退化。然而，在过去的几年里，“我们对东南极洲的所有看法都是错误的。”澳大利亚南极洲金斯敦部门的冰川学家塔斯·范·奥曼说。

极度危险

2013年，美国加州大学欧文分校的冰川学家埃里克·里格诺特(Eric Rignot)将卫星图像、飞机观测和气候模型数据结合起来，详细研究了南极边缘冰层的变化。他们发现证据表明，包括托顿冰川在内的六个东南极冰盖已经以意想不到的速度从底部迅速融化，其中一些甚至可以与西南极洲的冰盖相媲美。

在研究人员对东南极地地区的冰川有了更多了解之后，更多意想不到的事情发生了。从1996年到2013年的卫星图像和飞机观测数据显示，托顿冰川的表面下降了12米，其基线向内陆收缩了令人震惊的3公里。

“这不是一个单独的事件。”英国达勒姆大学的冰川学家克里斯·斯托克斯说。他的团队分析了从1974年到2012年获得的卫星图像，这些图像覆盖了东南极洲的所有沿海地区。大多数地区没有看到海冰增加或消失。唯一的例外是威尔克斯地区(比格陵兰岛更大的地区，包括托滕冰川)。从2000年到2012年，那里3/4的冰川退化。"威尔克斯大陆可能是东南极洲的薄弱腹地."

范·奥曼和他的同事飞越托特恩冰川去探测它的底部。十年前，该小组发起了一项国际倡议，即冰冠国际合作倡议，其目标是系统地调查南极洲东部的隐藏区域。从那以后，每年夏天，冰冠飞机都会飞越欧洲大陆，利用雷达、重力和磁传感器来观察那里的结冰情况。

这些飞行揭示了这片相对平坦的冰原下的惊人景观。今年1月，由中国极地研究所冰川学家孙波领导的团队进行的一次飞机观测的初步结果证实，有一个1100公里长的大峡谷——世界上最长的峡谷，几乎和美国的大峡谷一样深。早些时候，当飞越威尔克斯时，范·奥曼的团队发现托顿冰川的21%在海平面以下1公里处聚集了水，这个面积比先前估计的大100倍。“我们真的没想到它会这么大。”德克萨斯州奥斯汀的地球物理学家、ICECAP的另一位项目主管唐纳德·布兰肯希普(Donald Blankenship)说。

该团队还发现，水下峡谷从托特纳姆冰架边缘延伸至内陆，距离基线125米，比海平面低2.7公里。这种深深起伏的地形可以让温暖的海水从海岸快速到达并侵蚀冰川。

令人不安的过去

研究人员称这些场景不是虚构的。过去几年的研究表明，东南极洲在过去已经失去了很多冰，并且在不久的将来还会继续这样。

一些证据来自2010年综合海洋钻探计划下的一次考察，当时在东南极洲海岸附近发现了海底沉积物。获取这些沉积物是非常危险的，船只需要反复停下来钻探，避开巨大的冰山。"南极水域为海洋钻探创造了最具挑战性的环境."伦敦帝国理工学院的地球化学家、探险队的项目负责人Tina van de Flierdt说。

然而，这些努力取得了成果。他们揭示了冰盖历史上惊人的变化。“我们一直认为，自从1400万年前东南极冰盖达到现在的规模以来，它并没有改变。”范德菲尔德说，“这座非常稳定的冰山不会受到气候变化的影响。”

相反，海底沉积物显示，从530万年前到330万年前的上新世，当大气温度比今天高2℃时，冰盖退化并恢复了许多次。“每次气候变暖，我们都会得到清晰的信号，这表明冰盖对气候变化非常敏感。”范德菲尔德说。

研究人员说，他们还从最近的间冰期(129，000至116，000年前)获得了有趣的初步结果，当时地球和今天一样热。然而，冰原的退化程度远小于上新世。“这是一场大事故。”范德菲尔德说。

快速前进

就南极洲东部的脆弱性而言，研究人员更担心未来。预测未来10或1世纪的唯一方法是使用计算机模型来模拟冰原对气候变化的反应。然而，这些模型相对简单，直到最近，它们才能够准确再现过去的事件，例如科学家在东南极洲历史上发现的重要冰川退化。

麻省州立大学的气候研究员罗伯特·德孔托和宾夕法尼亚大学的气候专家大卫·波拉德试图通过增加其他先前研究中没有考虑到的过程来使模拟更加真实。他们的模型显示，在最后一次冰川最大值和上新世期间，南极洲东部的冰川显著退化。“这确实是第一次成功的尝试来匹配冰原模拟。它可以让我们更好地理解过去的冰川退化和海平面上升。”范·奥曼说。

回顾历史后，研究人员着眼于未来。在那里，他们看到了好消息和坏消息。在模拟中，如果气候变暖控制在1.6℃以下，那么整个南极冰盖在未来500年内不会发生太大变化，这与巴黎气候协议的目标是一致的。

然而，如果到2100年气温上升约2.5℃，并且与工业革命前相比继续上升，到2500年南极冰冻冰的融化将使海平面上升5米，近一半的水来自东南极洲。随着格陵兰的冰川也在融化，全球海平面将上升至少7米，足以淹没孟买、上海、温哥华和纽约等大型沿海城市。“这将极大地重塑世界海岸线，影响数亿人。”德孔托说。

最令人恐惧的发现之一是，当南极洲内部的大峡谷向海洋倾斜时，它会变得更深。这将使东南极洲的巨大冰盖变得不稳定，并在未来几十年或100年内开始瓦解。"那么整个冰原会很容易地滑下来。"布兰肯希普说，“没有什么是无法挽回的。”(晋南编)

《中国科学日报》(2017-05-25，第三版国际版)