| [小科普：随我看地球-VI(上集)] 引起南极”末日冰川”的元凶究竟是什么？ 章纪君 南极洲(Antarctica)是地球最南端的洲，属第五大洲，南极洲大部分区域都在南极圈内，四周被南大洋环绕，其面积约为1400万平方公里。除了南极半岛最北端的部分区域之外，全南极约98%的地方都被平均厚度为2公里的冰层所覆盖，一年中平均温度低至-63℃，最低温度可达-89.2℃, 可谓寒冷至极。南极拥有全世界大约90％的冰和70%的淡水。倘若这些冰全部融化，那么海平面将上升约60米。
南极洲地图 三百多年来，各国人们为了揭开南极的秘密，进行了各种形式的科学探险和研究．南极作为一个特殊的地理区域，在科学上，资源上，生物上，环境上，气候上，战略上和政治上都具有特殊的意义。迄今为止，为占一席之地，已有29个国家在南极设立了70个科学考察站。1985年以来，中国海洋局在南极洲4个不同方向建立了四个科考站，即长城站，昆仑站，中山站和泰山站。总之，南极地区在全球的地位越来越重要。可以肯定，随着科学的发展，南极地区将是未来各国研究地球气候, 海面变化和战略博弈的热点。 自新太古代始(Neoproterozoic, 5.5亿前)，南极一直是冈瓦纳古陆(Gondwana, 也叫南方古陆)的一部分。冈瓦纳古陆还包括了南美，阿拉伯，澳洲，非洲和印度诸板块. 时至中生代的侏罗纪(～2亿年前)时, 冈瓦纳古陆开始各自分裂，南极也一路向南直奔极区．至老第三纪晚期(Late Paleogene), 南极大陆才基本完全脱离南美洲，并在其间形成了一个海峡，即德雷克海峡(Drake Passage). 根据1991年Miller等人的大洋中生物和稳定同位素研究，南极洲的冰盖始于早渐新世(Early Oligocene, 约3,390 - 3,500万年前(K. Miller等：Unlocking the Ice House: Oligocene-Miocene oxygen isotopes, eustasy and margin erosion，1991, JGR vol. 96, no. B4). 这个时间也是南极环极流(Antarctic Circumpolar Circulation, 通常称之为”ACC”)的形成时间. 直到1,800万年前的早中新世(Early Miocene)南极洲才基本被冰盖完全覆盖，形成了如今的样子。 其实在3,390万年前也正是全球气候变冷的时候. 这次气候冷化也引发了生物较大规模的绝灭. 我们称这个绝灭期为晚始新世/早渐新世大绝灭(Late Eocene-Early Oligocene Extinction), 也叫“Grande Coupure”, 意为“大断裂”). 这次事件造成许多海洋生物，水生生物和陆上的古代哺乳动物有蹄类(Ungulates)，即踝足类(Condylarthra), 包括奇蹄类(Perissodactyla)， 偶蹄类(Artiodactyla)以及灵长类(Primates)较大规模的绝灭. 有人认为这一变冷和生物绝灭事件可能是一颗或数颗大型火流星(Bolide)撞击西伯利亚(Siberia)以及美国的切萨皮克(Chesapeake)湾所造成的, 也有可能是多次火山造成的。 围绕南极洲一周的海岸线长为17,970公里. 威德尔海(Waddell Sea)以西和罗斯海(Ross Sea)以东的部分为西部南极洲, 其余部分为东部南极洲，占整个南极的大部分. 东西两部分为跨极山脉(Transantarctic Mountains)所分隔. 南极冰川体量巨大，又处于极寒的极地，即使在几千万年内，甚至更久想全部融化都是一件不太可能的事，除非南极洲板块再度向低纬度漂移。 在西部南极, 阿蒙森海(Amundsen Sea)的思韦茨冰川是地球上最宽的冰川之一，其宽度约为120 公里, 冰川盆地面积为192,000平方公里，和美国佛罗里达州大小相仿, 厚度达4千米, 其接地线(Grounding Line)深度在800至1,200 米之间. 思韦茨冰川是西部南极冰盖 (WAIS) 的一部分，WAIS面积约为3,435,000平方公里. 思韦茨冰川是移动速度最快的两个冰川之一（另一个是其东边的松岛冰川). 支撑思韦茨冰川的最重要的结构之一是其东部冰架，支撑着约1/3的冰川, 阻礙着冰川快速流入海洋. 冰架本身被钉在一座水下海底山上，使其基底不被大洋海流所入侵，从而使冰川保持相对稳定。 冰川学家们于2021年在美国地球物理学会（AGU21)年会上指出，根据最新获得的数据显示，暖流正在思韦茨冰川基部入侵其东部冰架. 新近的卫星图像显示，冰架上已出现几条横跨冰架的大型裂缝(Crevasses). 科学家指出“这些薄弱点就像挡风玻璃上的裂痕，只需再次一击，整个冰架表面都会布满蜘蛛网状的裂缝. 这个冰架还可能会碎裂成数百座冰山”. 科学家估计如果思韦茨冰川完全崩塌，全球海平面将上升65厘米, 目前它占全球海平面上升任务的4%左右. 研究认为思韦茨冰川是预测全球海平面上升的关键. “华盛顿邮报”也指出，思韦茨冰川的消失可能会引发南极西部冰盖更大范围的崩塌. 如果和其东边的松岛(Pine Island)冰川，西部的道德逊冰川(Dotson Glacier)同时崩塌融化，则海平面可能会上升3.048米, 这对世界大多数的沿海城市来说，将是灾难性的毁灭，一些地势较低的海岛也会随之消失, 可谓是细思极恐. 由于思韦茨冰川连续不断的融化和崩塌以及对人类构成的威胁，人们赋予它一个恐怖的名字: “末日冰川(Doomsday Glacier)”。 此外，冰盖的消失, 上覆负荷减轻, 可能还会给南极带来地壳回弹 (Isostatic Rebound), 或叫地壳均衡(Isostacy/Isostatic Equilibrium). 因为思韦茨与松岛冰川冰盖容易受到重大退缩的影响, 所以它们被描述为南极西部冰盖的“弱腹”. 近年来，这两个冰川的流动都在加速，预测可能会在2021年之后的十年内崩塌，导致外流增加和海平面上升. 出于这个原因，思韦茨冰川及其冰架已被提议作为气候工程干预的地点。 为了弄清思韦茨冰川的现况和将来，英美二国科学家于2018年拆巨资$5,000万美元组织成立了一个科学研究协作计划，即ITGC合作组织(International Thwaites Glacier Collaboration). 在ITGC框架下分别成立了8个专题项目, 专门对思韦茨地区的冰川，水文，海流，水深, 地质, 地形等诸多方面展开了科考和研究. 还有美国国家航空航天局(NASA)近几十年来也一直通过卫星实时监测南极冰川的动态变化。 美国俄勒冈大学Erin Pettit教授领导的一个以船舶为基地的思韦茨冰川研究项目为八个项目中的一个，即TARSAN项目(Thwaites-Amundsen Regional Survey and Network). 这个项目是综合研究大气和海洋过程是如何影响思韦茨冰川及其邻近冰架的行为及其在时空中的稳定性。 2021年，Pettit教授在美国地球物理学会(AGU21)秋季大会上详细介绍了思韦茨冰川的现状和未来. Pettit团队的研究认为思韦茨冰川崩塌有以下三个原因： 1. 思韦茨冰川基部融化. 据考察, 融化始于2004年，现已和下伏的海底山(Seamount)脱离，失去了抓地力(钉点)，打开了与大洋沟通的通道，导致思韦茨冰川前端底部悬空，让大洋暖流无阻隔地从一个巨大的通道直接灌入大陆架和冰川底部之间的海槽，并构成一个环流梭巡于冰川之下. 暴露在水中的冰面越大，融化就越多，而涌入的暖流水量也更大，如此就会形成恶性循环。 2. 大洋水内侵后融化了冰基，且融化速度与时俱增，尤其在后端冰石接触处。 3. 冰川沿着羸弱地带破碎加剧。 Pettit认为由于这三个驱动力，此冰川将于2030年前完全崩塌(如下图所示)：
Erin Pettit的思韦茨冰川崩解形势图（2021,AGU21秋季会议） 美国国家航空航天局(NASA)于2020年初宣布，利用卫星雷达探测技术发现思韦茨冰川底部有一个巨大的洞穴，高300米，面积约40平方公里，可容纳140亿吨的冰. 2020年1月份，有科考人员在对该冰川进行考察时，也在其内部发现了一个宽度达300米的巨型空洞，表明该冰川正在承受着从下至上的融化过程. 华盛顿邮报报道估计每年融化的冰能达到500亿吨左右. 如此巨量的固态冰融化，除了引起全球海平面每年上升4%以上外，还会进一步加剧思韦茨冰川整体的脆弱性，在未来极有可能造成该冰川雪崩式的快速破裂和消融。 迄今为止，科学家们比较同意思韦茨冰川融化过快的元凶是潜入冰川底部和基岩之间的暖流. “纽约时报”撰文报道思韦茨冰川底部水温达2摄氏度以上(Temperatures at a Florida-Size Glacier in Antarctica Alarm Scientists: The New York Times, 2020 vol. 1, no. 29)。 卫星数据显示，自上个世纪70年代以来，思韦茨冰川明显退缩，1992－2017年，冰川接地线以每年0.6至0.8公里的速度退缩. 上个世纪90年代，思韦茨冰川每年融化100亿吨冰. 2021年4月，瑞典Gothenburg大学的Anna Wahlin借助AUV自动潜水器的探测数据，绘制出了暖流在冰下梭巡的路径(“Science Advances, 2021, vol. 7, no. 15”. 见下图). 根据Wahlin的计算, 如果内向流能量0.8太瓦(Inflow 0.8TW)全部都用于融化冰川，那么单单在下图中的第3海槽(T3)区，每年质量损失就可达85吉吨(850亿吨). “华盛顿邮报”也曾报道思韦茨冰洞每年冰损耗为500亿吨. 根据Rob Larter 2022年1月26日的推文报道，思韦茨冰缘的后退速度最近正在放慢，在此评其意义为期尚早。
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