2018-09-11 06:44:01
冰融化时南极洲上升的速度有多快?

经过几十万年的冰压制,地球终于自由升起。

当然,这是一个挑衅性的声明,但是,从地球的角度来看,这是事实。位于南极洲西部阿蒙森海岸的松岛、思韦特斯、海因斯、史密斯和科勒冰川(见下图)已经成为许多令人震惊的头条新闻的明星,这些头条新闻涉及冰川融化的速度加快、南极洲西部冰盖可能崩溃以及海平面上升。

的确,阿蒙森海堤是世界上冰融化最重要的地区之一。

这些冰川包含的冰足够覆盖丹麦面积( 43,000平方公里)超过11公里的面积,如果冰川一次全部融化,全球海平面将上升1.2米。

自从115,000年前的上一个冰河世纪开始以来,大量的冰一直在地球表面堆积和推下。那么,当它融化时,我们能期待什么,它施加的压力会提升?

我们发表在《科学》杂志上的新研究有一些答案。

南极洲西部的部分地区正在上升

在上一个冰河时代的顶峰,冰覆盖了比今天大得多的阿蒙森海堤区域,但是它缩小到大约10,000年前的现代形态。

从那以后,这个地区的冰川一直非常稳定,直到大约200年前,当它们开始融化和退缩。这起初进展缓慢,但自2005年以来,冰损失明显增加。

我们的研究表明,地球表面逐渐摆脱了巨大的冰层负担,最终正在上升,并且正在以更快的速度上升——2014年达到每年41毫米,比预期的速度快4到5倍。

全球定位系统记录了土地的上升

为了了解冰层下的陆地是如何应对最近的冰流失的,我们研究了放置在南极洲西部偏远岩石露头上的高精度GPS (全球定位系统)仪器收集的数据。

这些GPS传感器的工作方式与手机或汽车中的GPS非常相似,但是它们更精确,可以测量毫米的移动。最重要的是,GPS传感器还测量垂直运动(如上升的基岩)和水平运动。

这样,当冰盖融化时,他们实际上可以测量陆地的隆起。

十多年前,俄亥俄州立大学( OSU )的特里·威尔逊教授领导的一个小组安装了传感器——GPS和地震台站。

我想说的是,在地球上最难接近的地方之一安装和维护传感器网络的英勇努力之后,这个团队获得了难以置信的宝贵数据,这些数据讲述了一个关于地球的不可思议的故事。

具体来说,我们发现了一个与以前认为存在于冰盖下面的地球结构非常不同的地球结构,这使得冰层下面的基岩上升速度超过了预期。

冰融化时南极洲上升的速度有多快?

最后一个冰期结束时的冰盖接地线;大约一万年前;今天。学分:哥伦比亚大学Lamont - Doherty地球观测站的乔纳森·金斯莱克。

冰融化时,陆地为什么会上升?

为了解释这一点,我们需要了解地球升起的过程,也就是所谓的冰川均衡调整,以给它取一个恰当的名字。

一个有用的类比是把南极洲下面的地球结构想象成一个双层床垫,上面有一层弹性的弹性层,下面有一层厚厚的记忆泡沫。

随着冰层变薄,紧接在冰层下面的土地会因体重减轻而迅速回弹。这就像床垫顶部的弹性层,当你下床时,弹性层会弹回来。这种即时反应称为弹性反弹。

其次,当基岩下面的地幔反应时,有一个延迟的隆起。这类似于床垫的深层记忆泡沫层。就像记忆泡沫一样,地幔会“记得”它过去的负载一段时间,然后慢慢地恢复到原来的卸载状态。

如果地幔坚硬,这种延迟的隆起在几千年或更长的时间尺度上非常缓慢地发生。这就是我们今天在北美和斯堪的纳维亚看到的,那里的土地仍在上升(每年上升一厘米),以“抹去”上一个冰河时代曾经覆盖北半球的巨大冰盖留下的足迹。

相反,如果地幔柔软且充满了水,它的粘性会小得多(也就是说,对流动的阻力会小得多),并且会对上面冰的流失做出更快的反应。在这种情况下,地幔“记忆”将只持续几十年到几个世纪,隆起将主要取决于最近的冰流失。我们看到的隆起越多,下面的地幔就越软。

正是这种快速的表面反应,我们现在在南极洲下面探测到了,这表明了软壳的存在。

比预期更软的地幔

在板块边缘非常活跃的构造区域,通常会发现柔软温暖的地幔。非常快的上升速度,就像我们研究中记录的那样,只发生在冰也在积极融化的地方,比如阿拉斯加(这里和这里)、冰岛(这里)和巴塔哥尼亚。

尽管阿蒙森海堤在构造上并不活跃,但它确实与这些地方有一些共同的特征,包括火山和裂谷系统的存在。因此,我们期望在瞬时弹性响应之上看到一点延迟反弹(隆起)。但是我们发现的超出了我们最疯狂的想象。

利用GPS,我们测量了(并继续测量)一个比弹性回弹快五倍的上升速率,这意味着地幔非常柔软。

这比北美低100倍,比我们预期的低10倍。

对未来全球海平面上升预测的深远影响

我们的研究结果对科学家们进一步研究有许多重要的启示,例如提高我们对南极冰融化过程中固体地球反应的认识,这反过来对于理解冰期周期的长期海平面演变也非常重要。

但是,引起许多人注意的是海平面上升的短期影响,因为上升的基岩可能会减缓冰盖的后退,甚至可能会保护冰盖免于坍塌。

我们还没有研究这些影响,涉及的过程也很复杂,但是澄清这些影响肯定会提高未来对抗气候变化的海平面上升预测的可靠性。我们将在下一篇文章中更详细地探讨这一点。

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