科學家們測量了羅斯冰架的厚度和基礎融化。 提供, CC BY-ND
南極洲周圍的海洋在調節非洲大陸冰蓋的質量平衡方面起著至關重要的作用。 我們現在知道影響近乎的冰變薄了 西南極冰蓋的四分之一 顯然 與海洋相連.
南大洋和南極洲冰蓋之間的連接位於冰架上 - 巨大的冰川冰塊，數百米厚，浮在海面上。 冰架碾壓海岸線和島嶼，並支撐著冰的流出。 當海洋從下面侵蝕冰架時，這種支撐作用就會減少。
雖然一些冰架迅速變薄，但其他冰架保持穩定，理解這些差異的關鍵在於冰架下隱藏的海洋。 我們的 最近發表的研究 探索推動世界上最大冰架融化的海洋過程。 它表明，經常被忽視的過程正在推動貨架關鍵部分的快速熔化。
在冰蓋的海洋指紋熔化
南極洲的快速冰損常常與極地深水（CDW）有關。 這種相對溫暖的（+ 1C）和鹹水質量，在南極洲周圍300米以下的深處發現，可以推動快速融化。 例如，在東南太平洋，沿著西南極洲的阿蒙森海沿，CDW穿過大陸架深處的通道並進入冰架空洞， 迅速融化 和變薄。
有趣的是，並非所有的冰架都在迅速融化。 最大的冰架，包括巨大的Ross和Filchner-Ronne冰架，似乎接近平衡。 他們在很大程度上被圍繞著他們的冷水與CDW隔離開來。
衛星圖像顯示，強大的海上風力驅使海冰離開羅斯冰架西北部，暴露出黑暗的海洋表面。 太陽能加熱使水溫度足以驅動融化。 圖修改自https://www.nature.com/articles/s41561-019-0356-0。 提供, CC BY-ND
CDW和冷架水的對比效應，加上它們的分佈，解釋了我們今天在南極周圍觀察到的融化的大部分變化。 但是，儘管正在努力探測冰架空洞，但這些隱藏的海洋仍然是地球海洋中探索最少的部分。
正是在這種背景下，我們的研究探索了一個新的，來之不易的世界上最大的冰架海洋觀測和融化率數據集。
在羅斯冰架下面
在2011中，我們使用260儀表深鑽孔，該鑽孔已經融化在距離開闊海域7公里的羅斯冰架的西北角，用於部署監測海洋條件和冰下融化速率的儀器。 這些文書保留了四年。
觀測結果表明，冰架下面的條件不是一個安靜的回水，而是在不斷變化。 水溫，鹽度和水流遵循強烈的季節性循環，這表明來自冰鋒北部的溫暖地表水在夏季被向南吸入洞穴。
繫泊站點的熔化率平均每年1.8米。 雖然這個速度遠遠低於受溫暖CDW影響的冰架，但它比Ross Ice Shelf的平均速度高十倍。 熔體速率的強烈季節性變化表明這個融化的熱點與夏季流入有關。
南極洲周圍的夏季海面溫度（a）和羅斯海（b）顯示羅斯海海豚內部強烈的季節性變暖。 圖修改自https://www.nature.com/articles/s41561-019-0356-0。 提供, CC BY-ND
為了評估這種效應的規模，我們使用高精度雷達來繪製繫泊場周圍約8,000平方公里區域的基礎熔體速率。 在80站點周圍進行仔細觀察，我們可以在一年的時間間隔內測量冰架和冰架內部層的垂直運動。 然後我們可以確定有多少稀釋是由基礎熔化引起的。
在冰鋒附近融化最快，我們觀察到短期融化速率高達每天15厘米 - 比冰架平均速率高幾個數量級。 融化速率隨著距離冰鋒的距離而減小，但快速融化遠遠超出繫泊地點。 調查區域的融化佔整個冰架總面積的20％。
大局觀
為什麼這個區域的貨架比其他地方快得多？ 在海洋中經常出現這種情況，似乎風起著關鍵作用。
在冬季和春季，強烈的katabatic風掃過羅斯冰架西部，並從海岸驅動海冰。 這導致形成一個沒有海冰的區域，即海洋暴露在大氣中的海冰。 在冬季，這片開闊的海域迅速冷卻，海冰生長。 但是在春季和夏季，黑暗的海洋表面吸收太陽的熱量並變暖，形成一個溫暖的表面池，有足夠的熱量來驅動觀察到的融化。
雖然我們觀察到的熔體速率遠低於受CDW影響的冰架上的熔體速率，但觀察結果表明，對於羅斯冰架而言，表面熱量很重要。
鑑於這種熱量與地表氣候密切相關，很可能就是這樣 預計海冰減少 在下個世紀內，將增加基礎熔化速率。 雖然我們觀察到的快速融化目前通過冰流入來平衡，但冰川模型顯示這是一個結構上至關重要的區域，其中冰架固定在羅斯島上。 融化率的任何增加都可能減少羅斯島的支撐， 增加陸基冰的排放量，最終增加海平面。
雖然這些過程還有很多值得學習的地方，但進一步的驚喜是肯定的，有一件事是清楚的。 海洋在南極洲冰蓋的動態變化中發揮著關鍵作用，並了解我們必須向海洋尋找冰蓋的穩定性。
關於作者
海洋物理學家Craig Stewart 國家水與大氣研究所
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