海洋潮汐触发冰架裂隙扩展与崩解：基于布伦特冰架2017-2023年的观测与模型研究

本研究通过GNSS和ApRES系统监测南极布伦特冰架Chasm-1裂隙2017-2023年的动态，首次揭示潮汐变化率（±2m）、风速及冰山碰撞（A-74）共同控制裂隙扩展阈值（-240kPa）。建立粘弹性流变模型量化冰川应力（ζg）、潮汐应力（ζt）和风应力（ζw）的协同作用，证实2023年1月A-81冰山崩解直接受大潮峰值触发。该发现为预测冰架崩解时间提供了环境驱动因子新范式。

　　

南极冰架如同巨大的"刹车片"，通过阻挡内陆冰川入海维持着全球海平面稳定。然而这些漂浮的冰平台边缘会周期性崩解形成桌状冰山（tabular iceberg），该过程直接影响海洋环流和冰盖物质平衡。传统观点认为冰架崩解主要受冰川应力控制，但布伦特冰架（Brunt Ice Shelf）近年来的异常活动表明：2017年形成的Chasm-1裂隙在2023年1月突然崩解形成1500 km²的A-81冰山，其时间点竟与天文大潮完美吻合。这一现象引发科学界对潮汐等短期外力如何影响冰架稳定性的深度思考。

英国南极调查局（British Antarctic Survey）的O.J.Marsh团队通过布伦特冰架长达6年的原位观测，结合创新性的粘弹性流变模型，首次定量解析了环境因子对冰架裂隙的调控机制。研究人员在裂隙两侧部署4台GNSS接收器和特制ApRES相敏雷达系统（图1），以毫米级精度记录裂隙宽度变化。数据显示裂隙行为呈现明显周期性：每日潮汐引起±50-100mm的宽度波动，而春季大潮期间裂隙扩展速率提升40%（图2）。通过建立包含13个应力项的流变方程（公式4），团队发现潮汐变化率（dz/dt）与裂隙张开角（ψ）存在1.5小时相位差，暗示海洋拖曳力而非局部接地是主要驱动机制。

关键实验技术包括：1）GNSS基线测量（TT01-KK00等基线）获取裂隙宽度日变化；2）ApRES水平雷达扫描（30m跨距）实现±2mm精度监测；3）TerraSAR-X卫星影像（图3）追踪裂隙尖端位置；4）粘弹性模型整合冰川应力（ζ_g）、潮汐应力（ζ_t=C₃dz/dt）和风应力（ζ_w=C₄u_w²）三项驱动因子。

【过渡从传播到停滞的2019年】
2018年11月至2019年5月期间，Chasm-1裂隙发生5次阶跃式扩展（累计4km），TerraSAR-X影像显示每次扩展均发生在风速>20 m/s与大潮叠加时段（图3）。模型计算表明此时潮汐应力（ζ_t）达冰川应力（ζ_g）的2倍，使尖端应力突破-240kPa阈值（图2e-f）。当裂隙于2019年6月接近麦当劳冰皱（McDonald Ice Rumples, MIR）时，冰川应力降低25%导致扩展停滞，但潮汐引起的可恢复应变仍持续存在。

【冰山碰撞事件】
2021年8月A-74冰山碰撞引发7km裂隙瞬时扩展（图4g），GNSS记录显示TT01-KK00基线突增7m（背景速率仅0.1m/天）。该单次事件释放能量超过2019年全年累积扩展量，证实极端外力可突破裂隙稳定态。

【崩解过程】
2023年1月崩解前，NN00-OO00基线扩展速率升至2m/天。1月22日18:00 UTC，A-81冰山在大潮峰值时刻脱离（图5d），ZZ06测站数据显示冰山位移与潮位变化严格同步。脱离后一周内，冰山漂移仍保持潮汐周期特性（补充视频1）。

这项发表于《Nature Communications》的研究颠覆了传统冰架崩解认知：1）首次证实潮汐变化率（非绝对潮高）是裂隙扩展的关键触发因子；2）建立应力阈值模型（-240kPa）可预测崩解时间窗口；3）揭示不同尺度外力（潮汐、风、冰山碰撞）的协同作用机制。该成果对改进冰盖模型中的崩解参数化方案至关重要，特别是在威德尔海等大潮差海域。未来需进一步探究冰架对极端气候事件的响应敏感性，以及潮汐-冰川耦合作用在全球冰架系统中的普适性规律。