在过去的几十年里,我们通过卫星监测地球的冰盖,记录了气候变化造成的损失。但就了解这些冰冻区域在地质时期可能展现的行为范围而言,这些年头只是很小的一部分。
因此,冰川地质学家们现在正转向海底,以了解更多关于冰盖的信息。正如冰川雕刻了陆地,留下了山谷和巨石场等地貌一样,地质学家们一直怀疑沿海的冰架也可能对海底做同样的事情。现在,借助新的声纳技术绘制海底地图,已经可以看到这些地貌了。在南极洲外的拉森大陆架上,研究人员利用水下无人机绘制了海底一系列涟漪的图像。《科学》杂志上的一项新研究发现,这些涟漪表明,一个古老的冰川以即使是如今也前所未有的速度融化。
由于蚀刻在海底的地质信息比当代的卫星数据涵盖的年份要多得多,它可以为我们提供冰盖能力的更好画面。了解冰盖的能力对于为未来的海平面上升做准备至关重要。气候模型预测,到2100年,如果我们不减少排放,海平面可能会上升约三英尺,即使在那些温暖的设想下,极地地区也会留下大量的冰。然而,“如果我们损失掉一点点[剩余的]冰,海平面可能会上升很多,”宾夕法尼亚州立大学的冰川学家Richard Alley说,他并未参与这项研究。科学家们尤其担心西南极冰盖;如果这个冰盖崩溃,海平面可能会上升11英尺。
剑桥大学的冰川学家、该研究的首席作者Julian Dowdeswell和他的团队将自主水下航行器(AUV)投入南极水域,研究海底,寻找过去冰川活动线索。利用回声测深仪数据,这些AUV绘制了高分辨率的海底图像。图像显示了一种“梯子”和“横档”的图案,两侧是成排的沉积物海岭。根据在这些沉积物中发现的古代海洋生物遗骸的碳年代测定,他们知道这些海岭大约有11000年的历史,可以追溯到最后一个冰河时代之后的冰期消融时期。

通过分析这些水下地形,该团队得出结论,这些海岭追踪着一个前冰盖的接地线(grounding line)的移动。接地线是冰架变薄到浮力开始产生的点。靠近大陆的地方,冰非常厚,与海底接触;但向海的更远处,冰变得更薄并产生浮力,因此接地线是衡量冰川范围的一个良好指标。
Dowdeswell说,随着古老的冰架随着潮汐的涨落而上下浮动,这个接地线压入海底沉积物,形成了海岭。根据海岭之间的距离以及每潮汐周期都会产生海岭的假设,该团队可以解释冰川在他们分析的90个海岭上的退缩速度。而这些涟漪讲述了一个可能令人担忧的故事:接地线每天向内陆移动40到50米(131到164英尺)。考虑到这个过程在冬季可能放缓,作者估计该冰川每年退缩超过10公里(6英里)。
Dowdeswell说:“冰盖的接地线可以比我们先前认为的退缩得快得多,而且快很多。”这可能对海平面上升产生重大影响。形成海岭的冰期消融期,大气和海洋都在变暖,与今天相似(尽管今天的由人类引起的气候变暖发生得更快)。虽然它并非与今天完全一致,但研究古代冰川行为仍然可以为我们未来可能遇到的情况提供有价值的见解。Dowdeswell表示,快速融化可能只发生几年,但仍然可能导致海平面突然上升:“这种过程可能会导致海平面上升的尖峰。”Dowdeswell说,这一发现可能与南极的**松岛冰川(Pine Island Glacier)**有关,该冰川经历了快速融化,并且似乎正在形成与那个古老冰川相似的水下海岭。
Alley说:“这些数据简直太美了。”“在这样一个偏远、经常风暴肆虐且有冰山威胁的海域,制作如此精美细致的地图所涉及的技术魔力,真是令人印象深刻。”
但一些科学家并不完全相信该论文描述的地质过程。“很难确定你是否准确地知道了海底的痕迹是如何形成的,”美国国家冰雪数据中心(National Snow and Ice Data Center)的冰川学家Ted Scambos说,他并未参与这项研究。弗吉尼亚大学的冰川地质学家Lauren Simkins补充道,她也未参与这项研究:“有些人会认为这可能是错误的解释。”Simkins表示,这些海岭有可能以其他方式形成。例如,也许冰架底部有一个冰裂缝,随着它的移动将沉积物聚集在一起。如果存在其他过程在起作用,那么这将对该研究提出的快速融化时间表提出质疑。
为了更好地巩固他们对形成涟漪过程的理解,Dowdeswell表示,他的团队将采集沉积物样本,以分析海岭中的颗粒和层。他说:“所有这些都有助于我们理解[海岭]形成过程中所有环节。”
如果该团队对海岭形成方式的解释被证实,那么就有理由感到担忧。Simkins说:“这让我们对未来可能发生的情况有了更全面的了解。”“我们可能每年都会面临数公里的接地线退缩,这将表明单个冰川系统能够在短时间内,比我们想象的贡献更多地导致海平面上升。”