科学家给冰川称了称体重,才知它们“暴瘦”成这样……

来源:科普中国 发布时间:2024年03月22日

2022年12月,联合国大会正式通过决议,从2025年开始,每年的3月21日被确立为世界冰川日,虽然明年才开始给冰川过节日,但《科学·进展》近期的一项研究还是让我们不得不继续关注冰川——40%的南极冰架在过去25年显著缩小,显示出人类活动对极地环境的显著影响。其中,有48条冰川的重量损失超过30%,7.5万亿吨融水进入大海,这些融水可能会对通过影响海洋环流带来一系列连锁反应。

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在一个美丽的夏日,格陵兰海岸边的冰山融化(图库版权图片,转载使用可能引发版权纠纷)

01 如何知道冰川的“体重”?

科学家们是如何知道冰川的面积、厚度和重量变化的呢?

冰川的面积测算有很多方法,过去可以通过绘制冰川分布地图,蒙上方格纸数格子来测算。现在可以通过无人机测量、查看卫星遥感图,都能圈定冰川的面积大小,利用计算机就可以得到具体的面积数据。

冰川的厚度可以通过在剖面处直接测量或者通过打钻的方式获取。如果有陡峭的冰川剖面,从顶到底垂直拉一条测绳或者用测距仪直接测定剖面高度,就可以得到该点的冰川厚度。打钻要更复杂一些,要确保钻井垂直,并且要打到冰川底部,钻井深度即冰川厚度。

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这是珠峰脚下的绒布冰川(来源:新华社)

还可以借助重力仪、探地雷达等仪器设备,更加便捷地获取的冰川厚度信息。比如,科学家们在1968年就借助重力仪,在珠穆朗玛峰脚下的绒布冰川,观测到两个断面的冰厚数据。2009年,又通过探地雷达对东绒布冰川进行了较为全面的厚度测量。

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图中黑色线条L1-L8为珠峰东绒布冰川探地雷达测厚线路分布,红色线条C1-C5为冰川槽谷断面分布,蓝色线条为冰川主流线,冰川末端在C1附近,并在P1、P2进行了探地雷达波速测量。【1】

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P1和P2两地的探地雷达波速测量结果,可以清晰看到冰岩界面。亮斑对应的速度0.13米/纳秒就是冰川表面到冰岩界面之间的平均波速,乘以时间400纳秒就可以得到P1和P2两地的冰川厚度约为52米。【1】

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依次为东绒布冰川L1-L8的雷达实测图,可以清晰看到冰层厚度和冰下地貌。【1】

有了多个点位的冰川厚度,就可以通过计算机模型求得冰川整体的平均厚度和最大厚度,点位越多,分布越均匀,得到的数据就越准确。比如,冰川厚度测量数据显示,东绒布冰川的平均厚度约为190米,最大厚度约为320米。有了面积和平均厚度就可以得到冰川的体积数据,再乘以冰川的平均密度就可以得到冰川的重量数据。对比不同时期的数据就可以了解冰川重量的变化。

02 融水入海有何影响?

冰川储藏着大量陆地淡水,这些淡水在短时间内大量进入海洋,会明显减小海水的盐度,打破海水原有的平衡,影响到洋流这一海洋运动。

洋流的形成有许多原因,有的受信风、西风等盛行风吹拂海面而成。海水流动起来后,有的地方海水变多,有的地方海水变少,水多的地方就会向水少的地方流动,这就是补偿流。还有一些受密度差异影响,比如直布罗陀海峡两侧的海水密度不同,地中海一侧密度大,大西洋一侧密度小,表层海水从大西洋流入地中海,深层海水从地中海流入大西洋,这就是密度流。

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洋流示意图(图库版权图片,转载使用可能引发版权纠纷)

不同的洋流把热水或者冷水带往其他海域,促进不同海域间的热量交换。欧洲西部正是因为受北大西洋暖流的影响,带来大量水汽何热量,使得这里虽然纬度较高,冬天的最冷月均温也能在零度以上,形成终年温和湿润的温带海洋性气候。

当海水密度受融水影响降低后,原本的洋流可能就会中断,极大地改变相关地区的气候、植被等环境。在第四纪地质历史上,受气候变暖影响,北美的冰川融化后,进入大海改变海水性质,导致北大西洋暖流中断,欧洲西部因此陷入非常寒冷干燥的环境。

03 可以阻止融水入海吗?

既然融水入海,会对洋流、气候、植被等带来如此巨大的影响,那么我们人类现在可以直接阻止融水入海这一过程吗?答案是否定的,因为全球冰川体量巨大,仅仅是南极众多冰川中的48条在25年间的融水量就达到了7.5万亿吨,想要阻止如此多的水入海,以人类目前的水平还是无法做到的。

有人说冰川既然是淡水,那融化后的淡水不正好可以被人类所利用,解决一下缺水问题吗?想法很美好,操作起来却非常困难。南极大陆远离其他人口密集的区域,这些融化的水需要用巨大的容器装起来,再运输到缺水地区,成本巨大。

阿拉伯联合酋长国曾计划将南极冰山运到中东,解决自己国家的缺水问题,但因为无法解决沿途融水储存,以及距离遥远成本巨大的问题,最后只能放弃。

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2006年,挪威北部斯瓦尔巴德群岛水域一块浮冰上的北极熊(来源:新华社)

04 还有别的办法吗?

难道我们只能眼睁睁看着南极冰川融化,对全球环境产生巨大影响,却无能为力吗?也不尽然,南极冰川融化的根本问题是全球变暖,是以二氧化碳为代表的温室气体排放导致的恶果,解铃还须系铃人,只有从根本上解决二氧化碳过量排放的问题,才能避免这一问题。

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2012年时的福克斯冰川全貌(左)和2021年4月19日航拍的福克斯冰川(右)对比(来源:新华社)

目前,全球许多国家已经提出了自己的双碳目标,中国承诺在2030年前实现碳排放量达到峰值,在2060年前实现碳中和,即排放和吸收二氧化碳的量相互抵消,实现二氧化碳的净零排放。

为了更好地实现双碳目标,各国在新能源和节能减排等多个领域,开源节流,减少碳排放,增加碳吸收。增加太阳暖、风能、水能这些低碳能源的使用,减少化石燃料这些排放大量二氧化碳的能源比例,增加能源利用率。植树造林,增加植物对二氧化碳的吸收。等二氧化碳净排放量不再继续增加,全球变暖速度或将得到有效缓解,南极冰川退缩的问题也许会得到有效控制。

参考文献:

【1】张通, 效存德, 秦翔等. 珠穆朗玛峰东绒布冰川厚度测量与地形特征分析[J]. 冰川冻土, 2012, (5):1059-1066.

作者:杨帅斌 中国地质科学院第四纪地质学博士、北京市十一学校地理教师

审核:董汉文 中国地质科学院地质研究所副研究员

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