东南极洲的危险:冰盖融化速度前所未料,百年内开始分崩离析

中国科学报

2017-05-25 15:33

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我们对东南极洲的所有观点都是错误的。
2015年1月一个阳光灿烂的清晨,澳大利亚RSV“南极光”号破冰船在南极洲东部打了一场败仗。连续几天,这艘船一直设法破开厚厚的海冰前行。那里的海冰有若干米厚,让船难以前行。塔斯马尼亚大学海洋学家Stephen Rintoul几乎放弃了目标——到达挫败了此前所有探险的南极洲的一个区域。“我真想就那样吧。”他说,“这又是一次失败的尝试。”
然后,天气救场了。风向变化将海冰从岸边吹开,打开了一条通道。这艘船冲破藩篱,在海冰间前行了100公里,在午夜后不久到达了这个冰冻大陆的边缘。Rintoul和团队是首批抵达托滕冰盖(面向东南极洲最大冰盖的一块巨大的浮动着的贴岸冰)的科学家。“那是一次非常令人愉快的经历。”探险队首席科学家Rintoul说。
该团队必须在海冰再次闭合之前迅速完成工作。他们首个直接观察证实了研究人员一直怀有的恐惧:周围温暖的海水会潜入浮动冰舌之下,从下方蚕食那里的冻冰。“这可以解释为什么托滕冰川在过去数十年一直在衰退。”Rintoul说。
类似的相关发现揭示了东南极洲——位于南极洲横贯山地东部的巨大遥远大陆—— 一个令人震惊的事实。这一区域相当于整个美国的面积,其主体位于海拔达到海平面以上4093米的高原上。那里的温度可以降到-95℃。因为东南极冰盖似乎很冷,而且与世隔绝,研究人员认为过去它很稳定,而未来发生变化的可能性也很小——这与西南极洲规模更小的冰盖形成明显对比,那里很多冰川正在迅速退化。然而,过去几年,“我们对东南极洲的所有观点都是错误的。”澳大利亚南极洲金斯顿部门冰川学家Tas van Ommen说。
深处的危险
2013年,美国加州大学欧文分校冰川学家Eric Rignot团队结合卫星影像资料、飞机观察和气候模型资料,详细研究了南极洲边缘的冰的变化。他们发现了包括托滕冰川在内的6个东南极洲冰盖以前所未料的速度自底部迅速融化的证据,其中一些退化甚至可以匹敌那些西南极洲迅速退化的冰川。
在研究人员进一步了解东南极冰川之后出现了更多出乎意料的事情。1996年至2013年的卫星影像和飞机观测资料显示,托滕冰川的表面下降了12米,其基线向内陆令人震惊地退缩了3公里。
“这并非单独的事件。”英国杜伦大学冰川学家Chris Stokes说。他的团队分析了从1974年到2012年获得的卫星影像资料,它们涵盖了东南极洲所有沿海区域。大多数区域并未出现海冰增加或消失。唯一的例外是威尔克斯地区域(包括托滕冰川在内的比格陵兰岛更大的一个区域)附近。从2000年到2012年,那里有3/4的冰川退化。“威尔克斯地可能是东南极洲薄弱的腹地。”
van Ommen和同事飞到托滕冰川之上,探测其底部情况。该团队在10年前发起了一个国际倡议ICECAP(航空地球物理分析探索冰冻层国际合作倡议),其目标是系统地调查东南极洲这个隐藏的区域。从那时起的每个南极洲夏季,ICECAP的飞机都会飞往这个大洲的上空,利用雷达和重力及磁感应器观察那里的冻冰。
这些飞行揭示了这个相对平坦的冰盖下方令人惊奇的地貌。今年1月,上海中国极地研究中心冰川学家孙波带领的团队进行的飞机观测最初结果确定,那里存在一个1100公里长的大峡谷——是世界上最长的峡谷,其深度几乎相当于美国的大峡谷。此前在飞往威尔克斯地上空时,van Ommen的团队发现21%的托滕冰川集水低于海平面以下1公里,这一区域比此前估计的大100倍。“我们真的没有料到它有那么大。”得克萨斯州奥斯汀分校地球物理学家、ICECAP另一位项目负责人Donald Blankenship说。
该团队还发现水下峡谷从托滕冰架边缘延伸到距离基线125米的内陆,且深度低于海平面以下2.7公里。这种深层波浪形地貌可以允许来自沿海的温水迅速抵达并侵蚀冰川。
不安的过往
研究人员表示,这些场景并不是假想的。过去数年的研究已经表明,东南极洲在过去已经丢失了大量的冰,在不远的未来仍会这样。
其中一些证据来自于2010年综合大洋钻探计划的一次探险,当时找到了东南极洲海岸附近的海底沉积物。获得那些沉积物非常危险,船只需要反复停下来钻探并躲避巨大的冰山。“南极洲的水域对大洋钻探形成了最具挑战性的环境。”伦敦帝国理工学院地球化学家、远征队项目负责人Tina van de Flierdt说。
然而,这些工作产生了收获,它们揭示了冰盖历史的惊人变化。“我们一直认为东南极洲冰盖在约1400万年前达到现在的规模之后就再也没有变化。”van de Flierdt说,“这种非常稳定的大冰山不会受到气候变化的任何影响。”
与此相反,海底沉积物表明,冰盖在距今530万年前到330万年前的上新世期间曾多次退化和恢复,当时大气温度比今天高出2℃。“每次当气候变暖时,我们都会得到明确的信号,这表明冰盖对于气候变化非常敏感。”van de Flierdt说。
研究人员说,他们还获得了距离现在最近的间冰期(12.9万年前至11.6万年前)的有趣的初步结果,当时地球也像今天一样热。然而,当时的冰盖退化比更加温暖的上新世少得多。“这是个很大的意外。”van de Flierdt说。
迅速地前进
随着东南极洲脆弱性受到关注,研究人员对未来更加担忧。预测未来10年或1个世纪的唯一方法是使用计算机模型模拟冰盖如何对气候变化作出回应。但是这些模型相对简单,直到最近它们才能精确地重现过往的事件,比如科学家在东南极洲历史上发现的重要冰川退化。
马萨诸塞州立大学气候研究学者Robert DeConto和宾夕法尼亚大学气候专家David Pollard通过加入此前其他研究中并未考虑的一些过程,设法让模拟更加现实。他们的模型表明,东南极洲的冰川在末次盛冰期和上新世期间退化非常显著。“这的确是匹配冰盖模拟的首个成功的尝试,能够让我们最好地了解过去的冰川退化和海平面上升。”van Ommen说。
在回顾历史之后,研究人员把目标放在了未来。在那里,他们看到了好消息和坏消息。在模拟中,如果气候变暖被控制在低于1.6℃以内,那么整个南极洲冰盖在接下来的500年中都没有多大变化,这与巴黎气候协定希望实现的目标相一致。
但如果温度到2100年比工业革命之前升高2.5℃左右并继续攀升,那么南极冻冰融化到2500年将使海平面升高5米,其中有近一半的水来自东南极洲。由于格陵兰岛的冰川也在融化,全球海平面至少会升高7米,足以淹没诸如孟买、上海、温哥华和纽约等大型沿海城市。“那样会显著重塑世界的海岸线并影响上亿人。”DeConto说。
其中一个最令人害怕的发现是南极洲内陆中的大峡谷会随着向海洋倾斜而变得更深。这将会让东南极洲的巨大冰盖变得不稳定,在未来几十年或一百年开始分崩离析。“那样整个冰盖就非常容易滑落。”Blankenship说,“那时将没什么能够挽回。”(晋楠编译)
(原题为《沉睡冰巨人就要醒了 东南极冰盖研究引人担忧》)
责任编辑:崔烜澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 气候变化 东南极洲

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