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近年來，南極洲的冰層融化加速，人類面臨海平面上升的嚴重威脅。因為冰架底部的海洋狀態及其與冰層交互作用，直接影響著冰架的穩定性，所以為了更精確預測未來趨勢，科學家迫切需要對南極洲各大冰架的底部環境有更多了解。
最近，康奈爾大學的研究小組，正利用一種名為Icefin的水下機器人，首次深入探測了南極洲最大冰架——羅斯冰架底部的海底裂縫，并發現這里存在復雜的內部循環模式，為我們理解冰架裂縫的作用提供了新的視角。
冰架裂縫的重要性
南極洲擁有90%的陸基冰量，如果南極洲的冰全部融化，將會導致海平面上升約65-70米，因此南極洲冰層的穩定，對全球海平面至關重要。
冰架底部存在大量裂縫，是冰海互動最活躍的區域。裂縫使暖水能夠進入冰架底部，同時也使冷水和冰層融水流出，這種交換直接影響著冰架的融化和再凍結。
但是，直接觀測冰架裂縫內部一直是個巨大的技術難題。裂縫狹窄、曲折，水深可達幾千米，傳統的水下潛水器難以進入，科學家只能依靠數值模型進行推算，但缺乏直接驗證會導致精準度不高的問題。
Icefin機器人
為了突破這一限制，康奈爾大學的研究小組選擇了新型的細長水下機器人Icefin進行了直接探測。
Icefin大約12英尺長，直徑只有10英寸，配備推進器、攝像頭、聲吶和傳感器，用于測量水溫、鹽度、壓力等參數。
這次實驗中，研究團隊使用熱水鉆孔，在羅斯冰架上打了一個1900英尺深的孔，靠近冰架和坎布冰川的交匯處。這是研究團隊研究水下條件長期影響的理想場所，因為羅斯大陸架比以前探索過的冰架更古老，使其更能代表南極洲的其他冰架，而坎布冰流則停滯不前。
在三次潛水中，Icefin被駕駛進入一個裂縫，深入150英尺，測量了這里的各項水文參數。這是人類首次直接探測冰架裂縫內部的環境狀態。
復雜的內部循環
通過這次直接測量，研究人員發現冰架裂縫內部存在非常復雜的水流循環。除了預期的上升和下降流之外，還有強大的橫向水流噴射進入裂縫。冷水下降時會從下部側面進入裂縫，并在裂縫內循環上升。
他們發現，裂縫不同深度的兩側冰層融化和再凍結的速率也不相同，與水流的復雜運動直接相關。裂縫下部的強烈橫向噴射將熱水帶入，使這里的冰層融化加速。而裂縫上部由于脫鹽冷卻效應，冰層再凍結速率較快。
“我們驚訝地發現，在這樣狹小的空間內，水流運動模式是如此復雜多變。”康奈爾大學天文學系的極地海洋學家、研究科學家Peter Washam說：“每個特征都揭示了不同類型的環流或海洋溫度與冰凍的關系。”
改進冰架穩定性預測模型
傳統的冰架底部融化模型過于簡化，很難反映真實的復雜水動力過程。這次直接的觀測結果證實了裂縫內部存在復雜的三維環流和不均勻的冰海相互作用。
這項研究突破了長期以來直接探測冰架裂縫內部環境的技術障礙。Icefin的應用開創了冰下世界研究的新紀元。我們有望在不久的將來，利用各種新型水下機器人，大規模直接觀測南極各冰架的底部裂縫，建立起高分辨率的三維觀測網絡。這將極大提高我們預測南極冰量變化和海平面上升的能力。
Icefin團隊由天文學、地球和大氣科學以及康奈爾工程學副教授、行星宜居性與技術實驗室主任布蘭妮·施密特(Britney Schmidt)領導。該研究還包括由奧塔哥大學教授克里斯蒂娜·胡爾貝(Christina Hulbe)領導的新西蘭研究小組的成員。
這項研究由RISE UP項目(羅斯冰架和歐羅巴水下探測器)資助，該項目是美國宇航局模擬研究計劃行星科學與技術的一部分，由美國國家科學基金會通過美國南極計劃提供后勤支持。
浙公網安備 33010602000006號
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