作者:孝文 来源:新浪科技 发布时间:2009-8-28 14:03:57
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美用激光编纂出南极冰层下方活跃湖泊最全面目录

图片上的点代表科学家确认的南极大冰原下方124个“活湖”的方位。使用暖色点(橙色和红色)标注的湖泊水量较多,冷色点(绿色和蓝色)标注的湖泊则水量较少。紫色区域代表此前已知的不活跃湖泊方位。

对于南极洲的一些湖泊来说,来自上方冰层的压力迫使其湖水流入邻近湖泊。这一过程导致两个湖泊上方的表面高度发生变化,并被美国宇航局的卫星探测到。
 
据美国宇航局网站报道,美国研究人员利用美国宇航局一颗卫星发射的天基激光,编纂出有史以来最为全面的南极冰层下方活跃湖泊目录。目录揭示了一个庞大的南极大陆管道系统,其复杂性和活跃程度超过科学家此前的预计。
 
影响海平面变化
 
此项研究领导人、美国西雅图华盛顿大学的本杰明·史密斯表示:“南极冰原虽然看上去较为平静,但经过更多的观测,我们发现它一直处于活跃状态。”与绝大多数湖泊有所不同的是,南极洲湖泊面临来自上方冰层的压力。这种压力导致融水从一个地方流到另一个地方,就像装在一个被挤压的气球内的水一样。冰层下方融水在一个广阔而稀薄的层内流动,并穿过一个与之相连的洞穴系统。这种流动让附近和远处的其它湖泊实现再补给。
 
了解这个冰下管道系统非常重要,原因在于:这个系统对冰川流动产生润滑作用同时将冰块高速运至海洋,冰块在海中融解后可对海平面变化产生影响。但获悉数英里厚冰层下到底发生什么却也是一项巨大挑战。
 
史密斯领导的研究人员对宇航局冰云与地面高度卫星(ICESat)获取的时间跨度4年半的冰层高度数据进行了分析,并编纂了迄今为止有关南极洲管道系统内所发生变化的最为全面的目录。研究小组共对124个“活湖”的方位进行了测绘,评估它们干涸或充盈的速度,并在《冰川学杂志》上描述湖泊与冰原动力学所能带来的影响。
 
ICESat功不可没
 
几十年来,研究人员一直通过搭载在飞机上的冰钻式雷达探测冰层下方并推断湖泊的存在。上世纪90年代,研究人员开始将机载设备以及卫星获取的数据结合在一起,在一个大陆范围内勘测湖泊方位。
 
迄今为止,科学家已经确认大约280个冰川下湖泊,其中绝大多数位于南极洲东部大冰原下方。但这些测量数据只是对当时的情况进行简短描述,所确认的湖泊是否处于活跃状态仍是一个未解之谜。对此,一些人不免提出这样的疑问,这些湖泊是否只是简单地聚集融水?
 
2006年,加利福尼亚州拉霍亚的斯克里普斯海洋学研究所地球物理学家海伦·弗里克,利用卫星数据第一次观测到处于活跃状态的冰川下湖泊。为了绘制南极大陆冰下湖泊分布图,弗里克需要从地下冰中区分出漂冰,激光技术自然成为完成这项任务的理想选择。
 
弗里克利用冰云与地面高度卫星的地球科学激光测高系统,测量激光脉冲从冰层反弹并折回卫星所需的时间,进而推断出冰层高度。在一段时间内重复进行这种测量便可揭示高度变化情况。
 
测量过程中,弗里克发现冰层高度突然发生富有戏剧性的变化。研究证实,这种变化是由南极洲一些面积最大的湖泊的充盈和干涸所致。在有关南极洲的其它研究中,宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心冰川学家罗伯特·宾德斯查德勒,也曾利用冰云与地面高度卫星获取的数据。他表示:“研究大冰原下方的水文学是一个全新领域,为发现在相对较短时间里充盈和干涸并且涉及大量融水的湖泊铺平了道路。在发现这些湖泊过程中,ICESat绝对功不可没。”
 
“活湖”乃一种偶然?
 
冰下“活湖”是一种常见现象还是一种偶然?为了寻找这个问题的答案,史密斯、弗里克以及同事将他们的高度分析扩展到南极大陆绝大多数地区,并利用了冰云与地面高度卫星在4年半时间内获取的数据。通过观测卫星每年2次或3次飞越一地区上空期间冰原高度变化情况,研究人员能够推测出哪些湖泊处于活跃状态。此外,他们还利用高度变化以及水和冰的特性估计水量变化情况。
 
在此前确认的200多个冰川下湖泊中,只有一部分被证实处于活跃状态。研究显示,南极洲东部高密度湖区内的湖泊大部分处于不活跃状态,并未对冰原变化产生太大影响。在最新观测到的124个“活湖”中,绝大多数位于沿海地区,也就是这个大型排水系统前端,它们对海平面变化的潜在影响应该是最大的。
 
宾德斯查德勒表示:“此次测量发现了相当多的冰川下湖泊,它们所处方位是最令人感兴趣的所在。测量结果显示,绝大多数处于活跃状态的冰川下湖泊均位于冰移动速度最快的区域,说明二者之间存在某种联系。”
 
冰下湖泊之间的关系较为明显,在一个湖泊干涸的同时,另一个湖泊则处于充盈状态。部分湖泊通过一个冰川下隧道网络与附近的湖泊相连。一些彼此相连的湖泊之间的距离可达到数百英里。
 
研究小组发现,湖水干涸和充盈的速度变化幅度较大。一些湖泊每3到4年出现一次干涸或者充盈,相对较为稳定。冰原下的湖水流动速度可以与小河相提并论,能够迅速在快速流动的冰川下方提供一个润滑油膜。
 
史密斯说:“对绝大多数区域进行的测量显示,一些事情会在较短的时间内发生。我们发现,它们是冰原下方所发生事情的一些相当典型的例子,并且无时无刻不在整个南极洲发生着。”
 
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