科学家研究气候变化对岛屿影响

格陵兰的冰架上覆盖着一滩滩融化的水。资料来源:亚当·勒温

从直升机上鸟瞰格陵兰岛，可以看到这里的冰盖正在讲述一个解体的“故事”。水和压力造成的长裂缝描绘了冰的表面。蓝色的融水湖不断扩大，急流向西延伸到冰架的尽头，最后进入大海。

科学家飞越世界上最大的融冰时，选择了一个晴朗的夏日来研究融冰。格陵兰岛边缘170万平方公里的冰架在夏天定期融化。然而，在2016年，冰雪的融化时间将开始变得更早，并扩展到岛上。到4月份，12%的表层冰融化，而到6月份，年平均融化率通常只有10%。

融化加速

此外，研究表明格陵兰的冰川融化速度比之前想象的要快得多。从2003年到2013年，该地区的冰融化了近2.7万亿吨，而不是之前估计的2.5万亿吨。根据卫星数据，研究人员发现在低海拔地区，尤其是在冰原的西部边缘，冰原的融化范围最广。

就在检查之前，一股巨大的融水冲走了固定在桥上的传感器，这是四年来设备第二次被冲走。"我参加过许多调查，但从未见过这么多水。"直升机驾驶员告诉研究人员。

在格陵兰，许多冰雪正在融化。虽然格陵兰岛冰架的变薄已经成为一件司空见惯的事，但直到最近，大量正在解体的冰川连同冰一起沉入大海，这引起了很多关注。此前的研究还显示，格陵兰岛的冰盖在2011年至2014年间融化了约1万亿吨，是过去20年的两倍。冰的融化导致全球海平面每年上升0.74毫米。"没人想看到冰架融化得这么快。"“但这比我们预期的要快，”加州大学欧文分校的地球物理学家伊莎贝拉·韦里科尼亚说。

目前，科学家们急于找出格陵兰冰雪融化的原因和未来发展趋势，因为那里有大量的冰雪，可以使海平面上升约7米。尽管北极变暖的速度是世界其他地方的两倍，但是仅仅高温并不能解释格陵兰岛冰雪的快速融化。异常温暖的夏季可能会促进日益潮湿的冰架上微生物和藻类的生长，并增加冰架对太阳能的吸收。此外，低纬度地区的烟尘似乎也发挥了作用。

找到“罪魁祸首”

为了追踪这些复杂的因素，科学家们使用了卫星设备:用图片来监测冰层的颜色和反射率；融化用高度计测量，并组织了多次实地考察。通过分析冰架的变化，研究人员还希望发现生物过程和物理过程如何“合作”摧毁冰架。

英国布里斯托尔大学的生物地球化学家马丁·特兰特说，“我们非常担心新的生物会加速全球海平面上升。”

直升机降落在雪地上。耀眼的冰雪迫使科学家们戴上太阳镜。但是，当英国谢菲尔德大学的乔·库克使用连接到传感器上的微型笔记本电脑时，每个人都发现雪并不像看起来那么白。它吸收部分可见光，主要是波长较长的红外线。

库克说，冰雪的变暗是由融化引起的:在融化和再冻结的过程中，冰晶不再长得又长又尖，而是变得又大又圆，这会使冰雪的反射率降低10%左右。冰雪吸收太阳辐射越多，温度就越高，从而加速融化。

调查完成后，他们回到直升机上，那里的雪已经消失了，露出了凹凸不平的冰层。冰雪仍然变得又脏又暗。卫星数据显示，自2001年以来，冰架边缘以每十年5%的速度变暗。早期的样本还揭示了其他“罪魁祸首”:例如，欧洲工厂和加拿大的火灾烟尘也“促成”了冰雪的融化。

此外，研究人员量化了每种“黑色染料”的相关影响，但发现另一个因素可能是最大的“罪魁祸首”:藻类和细菌的大量繁殖。

冰上布满了手指粗细的洞。每个洞都有融化的水，但是底部有一层厚厚的泥。然而，150年前，欧洲探险家奈尔斯·诺登斯基尔德提出，一些被称为“冰尘”的泥浆是活细菌。它们还有其他反馈效应:被黑色冰尘捕获的太阳能持续融化冰雪，加深空洞，为细菌创造更有利的生存环境。

2010年，布里斯托尔大学的微生物学家玛丽安·雅乐普在冰架边缘发现了更多的生命:藻类。“令所有人惊讶的是，藻类也能在这种极冷、高紫外线的环境中生存，并能经受定期的解冻周期。”参加今年检查的约尔洛普说。

此外，布里斯托尔大学的冰川学家安德鲁·泰德斯通说，冰雪早期融化、24小时日照和液态水这三个因素可能会加速藻类的繁殖。这个理论可以解释为什么在2010年、2012年和2016年温暖的夏天，黑冰区域的表面变得很暗，而在2015年寒冷的夏天，颜色没有变化。

在第三个采样点，藻类对冰雪的破坏是明显的。这里的场景远非人们想象中的格陵兰。"人们可能认为格陵兰冰原是原始而纯净的."英国利兹大学的大气科学家吉姆·麦克奎德说，但事实上这是一片混乱:冰尘洞融合成了水坑、盆地和快速流动的河流。研究人员收集了褐雪，然后分析了这些样本的DNA和其他标记，以识别藻类和无机污染物。

在距离最后一个采样点20公里的地方有一个测试区，在那里，视察队进行了几周的监测，以确定冰雪的黑色背景，并量化每个黑色因素及其对融化的影响。该团队使用无人驾驶飞行器、传统样本和一系列参考点来跟踪反射率、冰尘结构和生物活动在七种不同的小环境中是如何进化的。科学家希望在这些结果的帮助下，卫星数据最终可以用来推断整个格陵兰冰架的融化。

对事物的分析不能被表面现象所混淆。

2012年，格陵兰异常融化。卫星数据显示，到那一年的7月12日，几乎98%的冰架表面都有液态水，甚至格陵兰岛最冷的部分也有融化的迹象。记录显示，这种现象最后一次出现是在1889年，大约每150年一次。但是当时，科学家们无法确定这种异常融化的原因。

最近公布的2012年融化模型显示，并不是变黑的冰雪吸收了太多的阳光导致了融化——事实上，当时岛上有很多云层。相反，大量的高压系统使该地区的气候变暖，降雨量增加。

研究人员回到他们温暖的工作室继续他们的工作，以便更多地了解格陵兰岛融化的影响。其中一个关键问题是，冰盖下部融化后排出的水如何影响冰川向海洋的移动及其流出速度。研究人员还想知道春季融化的冰山水如何影响夏季径流。

科学家最近发现，在春季的融化和冻结周期中，大量厚度约为6米的“冰晶”出现在表层雪的旁边。传感器数据显示，这种晶体阻止了夏季冰融水更深地渗入旧雪层。相反，冰融水似乎局限于地表，从而扩大了夏季径流。

泰德斯通将于明年春天穿越格陵兰岛东南部，这需要在零下30℃的环境下乘坐雪地车进行150公里的长途跋涉，以验证晶体现象是否已经非常普遍。“这将是一个相当残酷的过程，但没有其他办法。要获得数据，这是唯一的方法。”他说。

冰雪的融化也给野外研究带来了许多困难。研究人员面临着无数的泥泞和水坑，随着周围的冰雪逐渐消失，他们每周都必须找到并搬到下一个工作和住宿的地方。然而，他们仍然对不断变化的冰景观感到惊讶。麦克奎德说:“每天晚上，当太阳落山时，我们会静静地享受在这神奇的冰上的时刻。没有其他人来过这里。它很快就会融化，所以任何人都不可能再来了。”(张张编)

《中国科学日报》(2017-03-11第三版国际版)