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科学家追踪南极冰架湖的突然消失

详细的观测有助于更好地了解未来冰架的稳定性

陆地卫星8号拍摄的南极岛与夏季融水的图像

陆地卫星8号拍摄的南极岛与夏季融水的图像。

一个包括加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所几名科学家在内的全球科学家小组发现,南极冰架表面一个巨大的、深的、被冰覆盖的湖泊突然死亡。

一项研究记录了这一罕见事件今天公布的在《《地球物理研究快报,发生在2019年南极冬季,在南极洲东部的Amery冰架上,据估计有6亿至7.5亿立方米(210亿至260亿立方英尺)的水流失到海洋,大约是圣地亚哥湾的两倍。

研究报告的作者利用雷达卫星的图像,在极夜期间可以“看到”这一现象,将其发生的时间锁定在6月的一周或更短的时间内。在排水之后,冰架表面出现了一个类似火山口的凹陷,覆盖了大约11平方公里(4.25平方英里)。这个被称为冰“道林”的地表凹陷处包含了冰盖的断裂残骸。

“我们相信这个深湖的重量的水积累了裂缝的冰架下湖,这一过程称为水力压裂,导致水枯竭的大海,”研究报告的主要作者说罗兰·华纳,冰河学家与澳大利亚塔斯马尼亚大学的南极洲项目伙伴关系。

水力压裂过程中都会涉及到小冰架的坍塌在南极半岛,在融水形成表面的冰架在南国的夏天,但不是经常看到开车穿过冰一样厚的1400米(4590英尺)在这个位置的冰架测定。

美国国家航空航天局的ICESat-2卫星上的绿色激光仪器也捕捉到了这一南半球冬季事件。这颗卫星发射光子脉冲并精确定位从地球接收到的每个光子的反射点。

ICESat-2在湖泊排水前后的精确地面轨道上的重复轨道揭示了破坏的垂直规模。在doline洞穴中,冰的表面下降了80米(260英尺),尽管水负荷的损失使漂浮的冰架更轻,海洋压力导致它向上弯曲,与湖的直接环境上升了36米(118英尺)。

“看到ICESat-2向我们展示了在如此精细的空间尺度上发生在冰盖上的过程的细节,这是令人兴奋的,”斯克里普斯海洋研究所的冰河学家海伦·阿曼达·弗里克(Helen Amanda Fricker)说。她长期研究活跃的冰下湖泊,并于2007年发现了它们。“由于冰架表面的融水会导致冰架坍塌,当搁浅的冰不再被阻挡时,最终导致海平面上升,了解削弱冰架的过程很重要。”

近几十年来,随着气温上升,一些冰架的表面出现了更大程度的融化,对未来变暖的最新模型预测显示,这一趋势仍在继续,并产生了更多的融化湖。这增加了广泛的水力压裂的风险,这可能导致冰架坍塌,允许冰更快地从搁浅的冰原排出,并导致海平面上升。研究人员说,现在,在对未来变暖的预测中,也应该考虑到可能增加的流入深冰层覆盖的湖泊和厚冰架的水力断裂

该团队还使用了明尼苏达大学极地地理空间中心(PGC)生成的地表高度地图,显示破坏改变了60平方公里(23平方英里)的区域景观。

利用空腔的体积和隆起的程度,计算了向海洋流失的水量。虽然Amery冰架在南方的夏季确实有许多融化的湖泊和溪流,但当湖泊排干时损失的水量是每年输入到它的融水的许多倍。

湖的隆起在原湖的浅臂上形成了一个新湖。在接下来的融化季节里,这个湖在几天内就以每天100多万立方米的速度填满,并溢出到海底洞穴。几天后,当ICESat-2再次穿越doline时,该团队能够测量一个20米(65英尺)宽的融水通道,它刚刚切入doline,探测到3米深的水面,光子从更深的3米深的河床散射出来。

作者说,现在下结论说这个融水湖的排水与更广泛的趋势有关,比如南极洲周围的气候变暖,还为时过早。弗里克说,有了这种新的观测能力,随着ICESat-2和PGC数据的收集,他们将能够进一步了解这些深湖有多普遍,以及它们是如何随着时间的推移演变的。

“这一突然事件显然是几十年融水积累和储存在隔离的冰盖下的结果,”合著者、哥伦比亚大学拉蒙特·多尔蒂地球观测站教授乔纳森·金斯莱克(Jonathan Kingslake)说,他帮助测量了地表融水。

新形成的doline的未来是不确定的。它可能会再次积聚融水,或者更频繁地排入海洋。这条裂缝似乎在2020年融冰季节重新短暂开放。可以肯定的是,科学家们现在将对此进行观察。

这项由美国作者进行的研究得到了NASA和美国国家科学基金会的资助。斯克里普斯海洋学的其他合著者包括研究生Susheel Adusumilli和Philipp Arndt。



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