精确的偏远峡湾地图如何帮助我们预测未来的海平面上升?

Accurate maps of fjords are needed to better understand how much sea level rise they are causing.
Accurate maps of fjords are needed to better understand how much sea level rise they are causing.Image: Pexels/Errin Casano
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  • 精确绘制全球最偏远峡湾的地图,对预测未来海平面上升至关重要。

  • 这些峡湾的海底形态会影响冰川融水流入海洋的多少。

  • 较暖的海水也可能经由峡湾抵达冰川,从而加速融化。

  • 研究人员最近测绘了格陵兰两处偏远峡湾的水深地形(深度)。

了解冰川如何与海洋相互作用,就像拼凑一幅巨大的拼图。在前往格陵兰北部一些最偏远峡湾的多次破冰船考察中,我和同事们表明,海底形态是这幅拼图的关键部分之一。

要理解海底为何如此重要,我们必须审视冰川本身,以及是什么导致它们退缩甚至消失。在格陵兰和南极洲入海的大型冰川,其质量随时间变化基本与气候同步保持平衡。降雪或降雨时,它们积累冰量;而它们通过融化和崩解(即冰块断裂并最终融入大海的过程)失去冰量。

但在过去几十年里,它们正以加速的速度损失质量,更多冰山崩解入海,更多冰体被相对温暖的海水从下方融化。

估算将损失多少质量,常被视为冰川学的重大挑战,因为这构成了我们对未来海平面上升预测中的一项巨大的不确定性。为了完善我们的预测,关键在于找出较暖海水抵达这些冰川的区域。

格陵兰的大多数冰川汇入峡湾,峡湾近表层的海水非常寒冷,并受冰川融水的强烈影响。一些峡湾还允许来自大西洋的较暖海水进入,这种海水含盐量更高,因此密度更大,会以更大的深度进入峡湾。

海底的形态和深度(或“水深地形”)决定了这种较暖海水能否抵达冰川并使其融化。这些峡湾的水深地形可能特别复杂,因为它们本身是由冰川形成的,而冰川也侵蚀了海底。内部区域的深度可达一千米,而入口处较浅的“海槛”(由被侵蚀物质堆积或抗侵蚀基岩形成)可以像屏障一样阻挡涌入的较暖海水。

峡湾示意图,显示海槛阻挡了较暖的海水(注意:在格陵兰,峡湾由冰川而非河流补给)。Image: AMAP,CC BY-SA

因此,绘制这些峡湾的地图是评估其所连接冰川未来状况最关键的步骤之一。遗憾的是,这说起来容易做起来难,因为这些冰川中许多都流入世界上最偏远的地区之一。

相当于爱尔兰大小的冰川,曼哈顿大小的冰山

彼得曼冰川是格陵兰冰盖北部最大的冰川,其排泄区域面积约为74,000平方公里,与爱尔兰的面积相近。

地球上一些最北端、最难以到达的峡湾。Image: Martin Jakobsson,CC BY-SA

彼得曼是格陵兰周边少数几条拥有漂浮冰舌的冰川之一,冰舌从冰川在海底的接地处延伸数十公里。这些冰舌可能起到制动作用,减缓冰体流入海洋的速度,从而减少质量损失。

2010年,彼得曼冰川成为新闻焦点,当时一大块冰崩落,形成了一座相当于曼哈顿岛四倍大小的冰山。两年后又发生了另一次大规模崩解。虽然崩解是一种自然过程,但这些异常大规模的事件很可能受到来自大西洋较暖海水的影响,这些海水从下方融化冰舌,使其变薄并更容易断裂。

2015年,我和同事们首次完整测绘了彼得曼峡湾的海底。我们发现入口仍然非常深:443米,相当于帝国大厦的高度。这一深度足以让那种温暖、密度大、含盐量高、能融化冰川的大西洋海水进入。

破冰船奥登号在彼得曼峡湾。文章顶部图片中的小点即为同一艘船。Image: Martin Jakobsson,CC BY-SA

接下来,我们希望将彼得曼与其东北方向的赖德冰川进行比较,后者至少自1950年代以来一直较为稳定。它是否因浅水峡湾入口阻挡了较暖海水,才得以保持原位?

当时,从未有船只进入赖德冰川所在的舍拉德·奥斯本峡湾,因为该区域的海冰是整个北冰洋中最坚硬的。因此,人们对海底一无所知。赖德冰川成为我们2019年使用破冰船奥登号进行下一次考察的目标。

免受较暖海水影响

艾尔斯米尔岛与格陵兰之间狭窄水道中的厚冰,使人们甚至很难抵达舍拉德·奥斯本峡湾。进入峡湾本身也颇具挑战,因为从冰舌崩落的大型冰山在水中漂浮,并时常堵塞整个入口。

结果发现,该峡湾在赖德冰川前方有一道突出的浅海槛。这道海槛阻挡了冰川下层较暖的大西洋海水,这似乎可以解释为何它的表现与彼得曼截然不同。

赖德冰川前方的一道水下海槛,阻挡了来自大西洋的较暖海水。Image: Martin Jakobsson,CC BY-SA

彼得曼峡湾和舍拉德·奥斯本峡湾的水深地形现已纳入海床2030计划,该计划旨在于本十年末前完整测绘全球海底。更多地了解海底以及汇入大海的冰川,将有助于我们可持续地管理海洋,并最终守护地球。

格陵兰北部仍有更多尚未测绘的区域。2024年,我们计划使用破冰船奥登号进一步北上,前往维多利亚峡湾,那里是C.H.奥斯滕菲尔德冰川的排泄区。该冰川近期失去了漂浮冰舌,大西洋海水是否能进入该峡湾仍有待观察。

美国宇航局计算的格陵兰冰盖损失
美国宇航局计算的格陵兰冰盖损失
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