一組罕見的數據揭示了南極洲這一關鍵區域的海洋過程。這些數據由儀器采集于南極最大冰架開始漂浮的位置,顯示出驅動冰架融化的海洋機制。
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這些儀器在極端環境中堅持運行了9個月,隨后開始失效。在此期間,它們持續記錄洋流變化、溫度和鹽度。
我們的初步分析顯示,冰下海洋空腔仍保持上下分層結構。下層由海水構成,上層則是海水與融水的混合體。
我們的最新研究表明,羅斯冰架深部下方的海洋雖然寒冷,但其變化幅度遠比原先認為的更大。這些變化不僅受潮汐流影響,也與海床地形及冰架底部形態有關。
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新數據還顯示,在冰架邊緣以及空腔內一些相對孤立的區域,出現了較暖的海水。這些暖水如何進入冰架空腔最南端的范圍,是理解南極洲將如何應對氣候變化的一個關鍵問題。
覆蓋南極大部分地區的巨大冰蓋,將大量水分鎖在遠離海洋的地方。這些水隨后會通過冰流和冰川持續向外輸送,逐步回到海洋中。
隨著冰體向北滑移,它會開始漂浮,并逐漸演變為冰架。這個“離底浮起”的過程發生在所謂的接地帶。接地帶本質上標示著南極洲真正的海岸線,只不過它往往被數百米厚的冰層掩蓋。
盡管接地帶深埋在厚冰之下,我們仍可通過地表測量和衛星數據判斷其位置。但對于這片狹薄楔形海域中海洋究竟在發生什么,我們所知仍然很有限。
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正因為冰架處于漂浮狀態,整個冰蓋系統都會直接暴露在不斷變化的海洋環境中。冰架底部尤其容易受到來自下方的融化變化影響。
南極冰體周邊及其下方的海洋環境,可能是地球上最不尋常的海洋環境之一。低溫、融化與凍結并存、與風和陽光相對隔絕,再加上地球自轉的強烈影響,共同塑造出極為特殊的海洋特征。
和地球上其他海岸線一樣,接地帶并不存在所謂“典型形態”。有些區域存在冰下河流,有些地方潮汐更強或更弱,還有一些海底區域保留著過去冰川刮蝕形成的深溝。
我們的新研究主張,應當以更“海洋”的視角來理解接地帶。這一地區距離外海可能有數百公里,四周受海床和冰架本體限制。雖然它遠離南大洋風暴,但并不會因此擺脫潮汐的推拉作用。
從垂直尺度看,接地帶極為狹薄,即便按海岸環境的標準也是如此。以我們鉆探的位置為例,冰層與海床之間的水柱深度只有30米。
新數據表明,在這片隱蔽海洋中,潮汐對熱量輸送有著重要影響。這個發現本身并不完全出人意料,但我們此前沒有想到,潮汐對這一系統的作用竟然如此多重。
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數據顯示,大潮和小潮的周期變化以及日潮周期,都會改變冰架底部可用于融化的能量。這又進一步影響了海洋空腔上部的混合層。
我們同樣沒有預料到,潮汐還會驅動內波。所謂內波,本質上是發生在上層融水層與下層深海水層交界面上的“水下波浪”。研究結果顯示,這些內波會破碎,并幫助較暖的海水向上混合,更接近冰層底部,從而增強冰體融化。
我們認為,靠近海床的海水直接來自外海。即便如此,這部分海水的溫度和鹽度仍會在大約一周時間內出現相對快速的變化。
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按理說,這些海水從外海進入此地,已經走過了約500到1000公里的路徑。在這種情況下,為何它們仍會表現出如此快速的變化,至今仍是一個未解問題。
如果變暖的海洋向這一空腔輸送了更多熱能,那么弄清這些熱量沿何種路徑進入,將對未來冰架底部融化如何演變產生重大影響。
過去曾有一種看法認為,這些位于最南端、體量巨大且寒冷的海洋空腔,不會受到北部海域變暖的影響。受此影響,研究重點更多放在那些更溫暖、變化更快的冰架和冰川上。
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隨著冰上考察、海洋航次、機器人觀測、衛星數據和模型結果不斷積累,我們對這些隱蔽海洋的認識正在加深。我們也逐漸發現,大系統中的微小變化,可能帶來深遠影響。
冰架以北、也就是陸架邊緣附近海域的海洋變化,可能會讓更多暖水抵達接地帶,加熱冰架脆弱的底部。
氣候危機正在進一步凸顯深入理解地球系統的必要性。我們對這片最南端海洋的一瞥表明,熱量可能會迅速找到路徑,進入冰層下方。
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