作者:红枫 来源:中国科学报 发布时间:2015/6/23 12:52:09
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揭秘全球最大冰架
有助科学家获得海水变暖如何影响极地海冰重要线索

2014年11月,一个重力感应器被载荷进入C-130货运飞机,以监测南极洲最大的陆缘冰——罗斯陆缘冰。

图片来源:ROBIN BELL

罗斯陆缘冰架—— 一个厚重且面积相当于西班牙国土的固体浮冰——是环绕南极洲的最大屏障之一,可防止南极冰盖滑入海洋。然而,作为考量该冰架融化有多快的一个关键因素,其下方的海床地形至今仍不清楚。冰架的存在把载荷声呐的科考船只排除在外,而冰盖下的海水也难以通过雷达接近。“这是至今为止地球上了解最少的海床。”美国纽约哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站地球物理学家Robin Bell说。

现在,Bell和同事正在计划填写这一巨大空白。近日,他们收到相关资助,用高灵敏度空中重力探测器来探测这个冰架。该探测器可以感应到细微的重力变化:当海底山脉出现时,重力会增大;当海沟出现时,重力会变小。经过在佛蒙特州的山脉进行飞行测试后,研究团队计划通过36次飞行以“十”字形扫描罗斯冰架,即经过两次为期3周的探测,一次在今年11月,另一次是在2016年。他们希望绘制出精度小于50米的冰下特征,达到超过现有地质图的水平;现在所用的地质图由科学家在上世纪70年代通过在冰盖上每隔50公里进行小型爆炸,记录地底回声收集的数据拼接而成。

了解海底地形可以让气候科学家获得关于海水变暖如何从底部融化冰架的重要线索,海水融化冰架的影响远远超过南极洲的范围。当陆缘冰架融化时,浮冰不会影响全球海平面,但是更薄的(或着更糟的崩塌)冰架却可以为更多南极大陆上覆盖的冰盖开路,使其流入海洋,推动海平面升高。“如果去除掉那个‘塞子’,冰就会流动得更快。”本次研究项目副主任、加利福尼亚州圣迭戈斯克利普斯海洋研究所的Helen Fricker说。

罗斯冰架厚度约为600米,位于海平面200米以上,最近数十年来,这里的冰架相对较为稳固。但冰架也会很任性:南极洲半岛上规模约相当于罗斯冰架的拉森B冰架在2002年的数月之内就发生了崩塌。Fricker希望可以在罗斯冰架发生突然变故之前收集相关的基线参数。“我们并不能确定,罗斯冰架在未来15年不会发生变化。”她说。

南极大陆由环绕极地的涌流所包围,涌流深处含有大量热流沿着顺时针方向围绕南极大陆流淌,普遍来看,热流与冰架之间保持着安全的距离。但根据去年12月发表于《科学》的一项研究成果,自上世纪70年代起,涌流就在逐渐升温,并且在向冰架靠拢,尤其是在南极洲半岛的西部。一份新地图将可以揭示涌流是否已经抵达罗斯冰架之下。“冰架下方是否有一条较深的通道、一个峡谷或是山谷,它们可以像一条道路那样让水流通过?”Bell疑问道。

如果可以在更加精细的尺度了解海床有多么崎岖或平坦,将可以帮助海洋模型专家测量来自于湍流涡旋的威胁,因为湍流涡旋可以把暖流带入冰架的腹下。而且海床越起伏不平,涡旋就会越剧烈。上世纪70年代绘制的地图显示,海床相对较为平坦。但是Bell表示,去年11月采用旧式重力感应器的飞行测试结果显示,海床的崎岖度此前远被低估。

而且,各种不同密度的海床岩石也会让解读重力数据变得极为棘手。英国剑桥大学南极调查项目极地科学家Keith Nicholls说,覆盖在海床岩石上柔软的沉积物会让岩石密度发生显著变化。“如果你不了解地质状况,肯定会被绊住。”他说。Nicholls 和同事曾利用自制潜水器绘制一处小冰架下方海床的地质特征。他表示,即便是用他们可在水下停留数月的最新潜水器,也仍然难以完全覆盖规模诸如罗斯冰架下方的海床。

今年5月,Bell的团队收到由戈登-贝蒂·摩尔基金会捐助的220万美元,用载荷着新型重力感应器的四引擎式C-130货运飞机进行空中检测。与极地研究主力机型“双獭”飞机相比,C-130航程更远,且历经的天气变化更多。其荷载重力仪的灵敏度可以感知到细微至毫伽(重力加速度单位)级的变化。目前,Bell正在等待国家科学基金会(NSF)的另外340万美元拨款以启动这一研究。

在对罗斯冰架进行勘察之后,Bell希望她的仪器装备可以被用于探测南极洲和格陵兰岛其他冰架下的情况。“我希望罗斯冰架的研究成果可以让人们兴奋地说‘哇!’”她说。(红枫)

《中国科学报》 (2015-06-23 第3版 国际)
 
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