冰混合物融化:研究称冰冷的“胶水”可能控制着南极冰架断裂的速度

一项新研究称,随着南极洲冰架上被称为冰混合物(ice mélange)的“冰泥”的融化,即使是在冬季,裂缝也会增长,冰山也会断裂。美国宇航局(NASA)喷气推进实验室和加州大学尔湾分校的研究人员发现了一个冰雪过程,可能导致一座特拉华州大小的冰山在2017年南半球的巨大Larsen C冰架上断裂。

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这一发现表明,冰混合物--一种冰山碎片以及冰架内和周围的海冰的混合物--对于将冰架固定在一起至关重要,这意味着由于气温上升,这些冰架破裂的速度可能比科学家预期的还要快。

冰架是延伸到海洋上的冰川的“漂浮舌”,减缓了南极洲的冰川对全球海平面上升的贡献。当冰川的冰架在南大洋上流动时,它最终会卡在一个岛屿、海底山脊或包围冰川的海湾壁上。冰架减缓了冰川的前进速度。但是在最近几十年里,南极半岛的冰架一直在更快地移动和解体。如果这个过程持续下去,直到足够多的冰架断裂(如2002年的 Larsen B),冰架挡住的冰川开始更迅速地从陆地流向海洋。这增加了海平面上升的速度。

气候变暖是造成这种冰架行为变化的根本原因,因为它提高了冰川上方空气和下方海水的温度。但是,冰架对气候变暖的反应方式还没有被完全理解。科学家们认为,冰上融水的冻融循环正在使裂缝扩大。但是,如果是这样的话,Larsen C怎么会在冬天释放出它的巨大冰山?

为了回答这个问题,JPL和加州大学尔湾分校的研究人员把重点放在了冰混合物上。这种混乱的、大块的混合物具有类似于胶水或灌浆料的天然特性,可以填补裂缝或缝隙,并粘在冰和岩石上。当它积聚在冰架的裂缝中时,它会形成一个与周围的冰一样坚硬的薄层,将裂缝固定在一起。在冰架的两侧,一层层的冰混合物将冰与周围的岩壁粘合在一起。加州大学尔湾分校教授、该研究的共同作者Eric Rignot说:“我们一直怀疑这种混合物发挥了关键作用,但直到最近我们才对其特征有了很好的观察,”该研究发表在《国家科学院院刊》上。

研究人员利用NASA的冰层和海平面系统模型,以及来自NASA冰桥行动和欧洲及美国宇航局卫星的观测数据,对整个Larsen C冰架进行建模。他们首先评估了冰架上数百个裂缝中哪些最容易破裂,选择了11个裂缝进行深入分析。他们模拟了如果只有冰架因融化而变薄,如果只有冰混合物变薄,以及如果两者都变薄,这些裂缝会发生什么。

"很多人凭直觉认为,如果你使冰架变薄,你将会使它变得更加脆弱,它将会断裂,"JPL科学家和新研究的主要作者Eric Larour解释说。相反,该模型显示,在不改变冰混合物的情况下简单地减薄冰架实际上闭合了裂缝,每年的平均拓宽率从259英尺降至72英尺(79米至22米)。同时减薄冰架和胶结体也闭合了裂缝。因此,单单冰川的融化并不能解释为什么冰架会更快地断裂。

然而,当研究人员在模型中只减薄混合层,而不减少冰川冰本身的厚度时,冰架上的裂缝扩大得更快,从每年平均249英尺加速到367英尺(76米到112米)。当狭窄的混合层变薄到大约30至50英尺(约10或15米)时,它们完全失去了将裂缝固定在一起的能力。裂缝可以迅速扩大,大冰山就会松动--就像发生在Larsen C上的那样。

为什么这很重要?Larour表示:"我们已经指出了一个物理过程,这个过程能够在大气层大幅变暖之前破坏冰架的稳定性。"科学家们经常使用预测的空气温度上升来估计南极冰架将以多快的速度破裂,因此,全球海平面将上升多快。但是这些狭窄的混杂层主要是通过与下面的海水接触而融化的,这种情况全年都在持续。在一年中的任何时候,它们可能变得太薄,无法继续将冰架固定在一起。

“我们认为这个过程可能解释了为什么南极半岛的冰架在融水开始在其表面积聚之前几十年就开始破裂了,”Rignot说。“这意味着南极的冰架可能更容易受到气候变暖的影响--而且比以前想象的要早。”

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