南極洲的融水湖泊

一個由來自英國與美國研究人員組成的研究團隊測量了南極洲麥克默多冰架對其表面融水湖泊在充水與排水時的彎曲響應程度。這種類型的彎曲在之前已經有過假說和計算機模型的模擬，但在這一領域內這是該現象首次被測量。研究結果發表在期刊《自然通訊》上。

該結果指出，表面融化與南極冰架的弱化之間存在聯繫。南極半島近期的冰架斷裂可能至少有一部分是由大氣變暖產生的大量表面融水觸發的，該研究結果支持了這種觀點。

隨著氣候持續變暖，在接下來的一個世紀中，越來越多的冰架可能會變得容易彎曲、斷裂和破碎。

南極大陸大部分都被南極冰蓋所覆蓋，冰蓋厚達4公里，冰的含量足夠將全球海平面提升約58米。南極大陸的大部分地區在一年中的大部分時間裡，氣溫遠低於零度，冰面始終凍結。但大約75％的冰蓋被漂浮的冰架所環繞，這些冰架厚達一公里，大部分位於海平面以下，但有數十米突出於水面之上。在夏季，當氣溫升至冰點以上時，這些冰架的表面容易融化。

「人們很早以前就知道冰架上的地表水，」研究的共同作者，來自劍橋斯科特極地研究所（SPRI）的Ian Willis博士說，「100多年前，沙克爾頓的尼姆羅德隊和斯科特英國南極探險隊的北方隊成員在南森冰架上繪製並記錄了水，該處距我們在McMurdo冰架上做研究的位置約300公里。過去幾十年來，每年夏天都可以通過衛星圖像在許多冰架上觀察到大範圍的表面融水。」

地表水可能使冰架不穩定到怎樣的程度尚不完全清楚，尤其是在夏季，更溫暖時產生的融水也更多。如果冰架的坡度足夠陡峭，水可能會經由大型地表河流從冰架流到海洋，從而減輕潛在的不穩定性。

如果水在冰架的表面凹陷處積聚形成大型湖泊，就會產生危險。水的額外重量會壓在浮冰上，導致它進一步沉入海中。相應地，在湖的邊緣，冰將會向上彎曲。「如果湖水隨後排出，那麼冰架將向後彎曲，將原來湖泊的位置抬升起來，讓邊緣位置下沉。」 同樣來自SPRI的第一作者Alison Banwell博士說，「正是這種湖泊的充水和排水過程導致冰架彎曲，如果應力足夠大，也可能發展出裂縫。」

Banwell與來自芝加哥大學的共同作者Doug MacAyeal教授此前曾表示，數百個湖泊的充水和排水可能導致了2002年Larsen B冰架的災難性破裂，當時有3,250平方公里的冰塊在幾天之內消失。

「我們已經能夠通過融水負荷引起的斷裂機制來模擬該冰架的快速解體。」Banwell說，「然而，問題在於沒有人真正測量過該區域的冰架彎曲和斷裂，我們無法完全約束模型中的參數。這也是我們開始嘗試測量McMurdo冰架彎曲過程的部分原因。」

研究人員使用直升機、雪地機器和他們的雙腳，裝置了一系列壓力傳感器，用於監測在充水後會形成湖泊的表面凹陷中，水位的上升和下降。同時，他們也裝置了用於測量冰架垂直運動的GPS接收器。

「為了獲取數據我們做了很多工作，但它們揭示出了一個引人入勝的故事。」MacAyeal說，「大部分GPS信號都是由於海洋潮汐造成的，它使浮冰架每天兩次上下移動幾米。但是當我們移除這個潮汐信號後，我們發現一些GPS接收器先向下移動，然後在幾個星期之後上升約一米，而在距離幾百米之外的其他GPS幾乎沒有移動。下沉然後上升運動最明顯的那些位於湖泊充水和排水的地方，而離湖泊遠的地方相對而言幾乎沒有運動。這種差異的垂直運動表明冰架正在彎曲。我們已經預料到了這個結果，但是當我們發現它時，感覺仍然非常好。」

該團隊希望他們的工作能夠激勵他人在南極洲周圍的其他冰架上尋找彎曲和斷裂的證據。 他們的工作還將有助於開發冰蓋比例模型，可用於預測未來冰架的穩定性，並了解冰架尺寸的控制機制，因為它們可以緩衝來自南極洲的快速移動的冰塊。隨著冰架的縮小，它們背後的冰川和冰流將更快地流向海洋，導致全球海平面上升。

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