在南极冰层以下的沉积物中，科学家们发现了一个巨大的地下水系统
许多科学家表示，液态水是了解冰川中冰冻形态行为的关键。众所周知，融化的水可以润滑它们的砾石基地并加速它们向大海进军。近年来，南极洲的研究人员发现了数百个相互连接的 液态湖泊和河流 ，这些湖泊和河流位于冰层中。而且，他们在冰下拍摄了厚厚的沉积物盆地，其中可能包含最大的水库。但到目前为止，没有人证实冰下沉积物中存在大量液态水，也没有研究过它如何与冰相互作用。
现在，一个团队首次在南极洲西部的深层沉积物中绘制了一个巨大的、活跃的循环 地下水系统 。他们说，这样的系统，可能在南极洲很常见，可能对冰冻的大陆如何对气候变化做出反应，甚至可能对气候变化产生影响，这可能具有未知的影响。这项研究今天发表在《 科学 》杂志上。
“人们假设这些沉积物中可能存在深层地下水，但到目前为止，没有人做过任何详细的成像，”该研究的主要作者克洛伊古斯塔夫森说，他是哥伦比亚大学拉蒙特分校的研究生。多尔蒂地球观测站。“我们发现的地下水量非常大，它可能会影响冰流过程。现在我们必须找出更多信息并弄清楚如何将其纳入模型。”
几十年来，科学家们一直在南极冰盖上空飞行雷达和其他仪器，以对地下特征进行成像。除其他外，这些任务揭示了夹在冰和基岩之间的沉积盆地。但航空地球物理学通常只能揭示这些特征的粗略轮廓，而不能揭示含水量或其他特征。在一个例外中，2019 年的一项研究南极洲的麦克默多干谷使用直升机携带的仪器记录了大约 350 米冰层以下几百米的冰下地下水。但南极洲大部分已知的沉积盆地都更深，大部分冰更厚，超出了航空仪器的范围。在一些地方，研究人员已经钻穿冰层进入沉积物，但只穿透了最初的几米。因此，冰盖行为模型仅包括冰内或冰下的水文系统。
这是一个很大的缺陷；南极洲大部分广阔的沉积盆地位于当前海平面以下，夹在基岩结合的陆地冰和大陆边缘的浮动海洋冰架之间。它们被认为是在海平面较高的温暖时期在海底形成的。如果冰架在气候变暖的情况下后退，海水可能会重新侵入沉积物，它们后面的冰川可能会向前冲，从而提高全球海平面。
这项新研究的研究人员集中在 60 英里宽的惠兰斯冰流上，这是六条快速流动的溪流之一，为世界上最大的罗斯冰架提供食物，其面积与加拿大育空地区差不多。先前的研究揭示了冰中的一个冰下湖，以及一个在其下方延伸的沉积盆地。在第一英尺左右的沉积物中进行浅层钻探带来了液态水和蓬勃发展的微生物群落。但更远的地方是个谜。
2018 年底，一架美国空军 LC-130 滑雪飞机将 Gustafson、Lamont-Doherty 地球物理学家 Kerry Key、科罗拉多矿业学院地球物理学家 Matthew Siegfried 和登山家 Meghan Seifert 降落在 Whillans 上。他们的使命：使用直接放置在地表上的地球物理仪器更好地绘制沉积物及其特性图。如果出了差错，他们将花费六周的艰苦跋涉，在雪地里挖掘，种植乐器，以及无数其他的琐事，这远没有任何帮助。
该团队使用了一种称为大地电磁成像的技术，该技术可以测量在地球大气层中产生的自然电磁能对地球的渗透。冰、沉积物、淡水、咸水和基岩都不同程度地传导电磁能；通过测量差异，研究人员可以创建不同元素的类似 MRI 的地图。该团队一次将他们的仪器放置在雪坑中一天左右，然后将它们挖出并重新安置，最终在大约四打位置进行读数。他们还重新分析了另一个团队收集的从地球发出的自然地震波，以帮助区分基岩、沉积物和冰。
他们的分析表明，根据位置的不同，沉积物在冰层底部下方从半公里延伸到近两公里，然后撞击基岩。他们证实，沉积物一路向下都充满了液态水。研究人员估计，如果将其全部提取出来，它将形成一个 220 至 820 米高的水柱——至少是冰层内和冰层底部浅水系统的 10 倍——甚至可能比这还要高得多.
咸水比淡水更好地传导能量，因此他们还能够证明地下水随着深度的增加而变得更加咸。Key 说这是有道理的，因为人们认为这些沉积物是很久以前在海洋环境中形成的。在大约 5,000 到 7,000 年前的一个温暖时期，海水可能最后一次到达现在的 Whillans 覆盖的区域，使沉积物充满盐水。当冰层重新推进时，来自上方的压力和冰基摩擦产生的新鲜融水明显被迫进入上层沉积物。Key 说，它今天可能会继续过滤和混合。
研究人员表示，淡水缓慢流入沉积物中可以防止水在冰层底部积聚。这可以作为冰向前运动的制动器。其他科学家在冰流接地线（陆上冰流与浮冰架的交汇点）进行的测量表明，那里的水比普通海水的咸度要低一些。这表明淡水正在通过沉积物流入海洋，为更多融水进入提供空间，并保持系统稳定。
然而，研究人员表示，如果冰面变薄——随着气候变暖，这种可能性明显存在——水流的方向可能会逆转。上覆压力会降低，更深的地下水可能会开始涌向冰基。这可以进一步润滑冰的底部并增加其向前运动。（Whillans 已经每天将冰向海移动约 1 米——对于冰川冰来说非常快。）此外，如果深层地下水向上流动，它可以带走基岩中自然产生的地热；这可能会进一步融化冰的底部并推动它前进。但这种情况是否会发生，会发生到什么程度，目前还不清楚。
“最终，我们对沉积物的渗透性或水的流动速度没有很大的限制，”古斯塔夫森说。“它会产生很大的不同，从而产生失控的反应吗？还是地下水在冰流的宏伟计划中只是一个次要的角色？”
研究人员说，已知浅层沉积物中存在微生物又增加了一个皱纹。这个盆地和其他盆地可能居住在更远的地方；如果地下水开始向上移动，它会带出这些生物使用的溶解碳。然后，横向地下水流会将一些碳排放到海洋中。在一个已经在其中游泳的世界中，这可能会将南极洲变成迄今为止未被考虑的碳源。但同样，问题是这是否会产生一些重大影响，Gustafon 说。
研究人员说，这项新研究只是解决这些问题的一个开始。“对深层地下水动力学存在的确认改变了我们对冰流行为的理解，并将迫使修改冰下水模型，”他们写道。
ZESTRON
2024-09-04 广告
