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为探究冰架解体及对冰川影响,研究人员利用历史航拍图像和卫星数据,研究沃迪冰架(Wordie Ice Shelf)解体过程。结果发现其解体主因是海洋变暖致基底融化,且不同冰川响应各异。该研究为评估南极冰盖未来冰损失提供关键依据。
在遥远的南极,冰架如同巨大的 “守护者”,紧紧约束着内陆冰川流向海洋的步伐,对全球海平面变化有着举足轻重的影响。然而近年来,南极冰架的稳定性面临着巨大挑战。像沃迪冰架(Wordie Ice Shelf)等的解体事件不断发生,这不仅改变了南极地区的地貌,还对全球海平面上升产生了不可忽视的推动作用。但长期以来,由于观测数据的缺乏,科学家们对冰架解体的详细过程、背后的驱动因素,以及其对周边冰川的长期影响知之甚少。这种认知上的不足,使得在预测南极冰盖未来变化趋势和准确评估其对全球海平面上升的贡献时,充满了不确定性。因此,开展对冰架解体及其影响的深入研究迫在眉睫。
来自丹麦哥本哈根大学、法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学等多个研究机构的研究人员,为了揭开沃迪冰架解体的神秘面纱,利用 20 世纪 60 年代的历史航拍图像以及现代卫星数据,构建了沃迪冰架解体的长期记录,并深入分析了其对周边支流冰川的影响。研究成果发表在《Nature Communications》上,为该领域的研究带来了新的曙光。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法:一是对美国海军 1966 - 1969 年收集的 468 张沃迪冰架黑白航拍照片,使用标准的运动结构工作流程在 Agisoft Metashape v. 2.0.2 软件中进行处理,生成数字高程模型(DEM)和正射镶嵌图;二是整合多颗卫星数据和航拍正射镶嵌图,获取跨越 50 多年的冰面速度时间序列;三是通过多种卫星数据和图像确定冰架面积、前沿位置和钉扎点变化;四是提取区域气候数据,包括表面质量平衡(SMB)、温度、海冰浓度等,分析气候因素对冰架和冰川的影响 。
冰架退缩和结构变化
研究人员通过对不同时期图像的分析发现,1966 - 1974 年,沃迪冰架的损伤还比较有限,主要是在一些大型钉扎点附近出现横向裂缝。到 1979 年,冰架损伤范围扩大,出现了更大更宽的裂缝和纵向裂缝,许多钉扎点因崩解而失去作用。1986 年,冰架分裂成两部分,之后各部分冰架逐渐退缩、解体。例如,1990 年弗莱明(Fleming)冰架的主要分支与其他部分完全分离并大幅后退。此外,研究还发现表面融水池塘主要集中在冰架东部,且在不同年份有明显变化 。
支流冰川的加速、接地线上移和变薄
研究分析了多条冰川的变化情况,发现不同冰川对冰架解体的响应存在差异。卡尔森(Carlson)冰川和弗莱明冰川响应较早,1966 - 1986 年,卡尔森冰川速度几乎翻倍,弗莱明冰川速度增加了 50%,之后两者还经历了进一步加速。同时,它们的接地线上移明显,弗莱明冰川在 1966 - 2014 年间接地线上移了约 13 公里,卡尔森冰川也有显著退缩,并且这两条冰川都出现了明显变薄的情况。而 FIP1、FIP2、普罗斯佩克特(Prospect)、哈里奥特(Hariot)和无名(Unnamed)冰川的响应则较为迟缓,在冰架解体后的前三十年变化较小,近二十年才出现显著的速度加快、接地线上移和变薄现象 。
讨论
以往研究认为大气变暖导致的融水积聚和水力压裂是沃迪冰架解体的主要原因,但该研究通过多方面分析发现,海洋温度升高才是主因。自 20 世纪 60 年代起,玛格丽特湾(Marguerite Bay)的海洋温度上升,温暖的环极深层水(CDW)入侵大陆架,引发冰架基底融化,致使冰架持续变薄、稳定性下降。虽然融水池塘在一定程度上可能影响了冰架后期的稳定性,但并非早期解体的主要因素。
此外,研究还发现,沃迪冰架解体对支流冰川产生了显著影响,不同冰川响应时间不同。这表明冰架在稳定支流冰川方面起着关键作用,当前的冰损失可能是几十年前冰架解体的滞后结果。这一研究结果强调了长期观测冰架退缩和冰川响应的重要性,为冰盖模型中更准确地描述冰架与冰川的相互作用提供了依据,有助于改进未来海平面上升的预测。同时,也凸显了冰架对海洋变化的脆弱性,为在南极其他地区监测类似变化提供了参考,对深入理解南极冰盖变化和全球海平面上升机制具有重要意义。