南極洲融化成定勢：冰架已現大裂縫 沿海城市危險
太平洋電腦網 2017-06-19 07:27
出品|網易科學人欄目組
譯者|孫文文
據國家地理報道，南極洲著名的拉森冰架大裂縫最近迅速延伸。這可能是南極冰蓋分崩離析的前兆，若南極洲的冰雪融化，全球的沿海城市難逃被淹沒的命運。
從南極洲上空向下俯瞰，松島冰架（Pine Island Ice Shelf）就像一個緩慢行進的火車殘骸。冰架邊緣是一條1/4英里長的裂縫。在2015年和2016年，一塊225平方英里的冰山從冰架上脫離，漂流進入阿蒙森海中。在過去四年里，這裡的水溫已上升超過1華氏度（約0.55攝氏度），冰架融化和開裂的速度加快了4倍。
南極半島的氣溫變化更明顯，平均上升3攝氏度。受升溫的影響，拉森C冰架上一塊德拉瓦州大小（半個天津那麼大）的冰山正準備脫陸入海，半島上更小型的冰架更是早已分崩離析，融入威德爾海。阿蒙森海位於南極洲太平洋沿岸西南方向一千英里，這裡的冰川更大，其溶化所帶來的影響將波及全球。
（圖為南極半島利瑪海峽的日落景色。氣溫升高加速了南極洲沿海冰架的崩解。圖：Camille Seaman／National Geographic）
松島冰架是松島冰川從大陸延伸至海洋的終點，是突入阿蒙森海的最大冰架之一。這些冰架合稱為西南極冰蓋，它的厚度達到兩個半英里，占地面積相當於兩個德克薩斯州那麼大。冰蓋覆蓋了眾多島嶼，冰架的大部分都位於海平面5000英尺以下的盆地上。這使得它極易受海洋變暖的影響。研究人員估計如果這些冰溶化成海水，將足矣讓全球海平面上升大約10英尺，對各大洲海岸線來說都無異於一場浩劫。
冰架大部分漂浮在水中，僅有很小部分附著在大陸上。冰架前沿不斷崩裂溶解進入海中形成漂浮的冰山，後續的冰原繼續伸展形成新的冰架。由於整體的「入不敷出」，冰架的面積逐漸變小。目前阿蒙森海域正發生這種情況。松島冰架厚約1300英尺，1994年至2012年間變薄了150英尺。不遠處的特懷特冰川更令人憂心，它的狀態牽動著整個西南冰蓋的穩定。
「這時地球上萎縮最快的冰川。」NASA噴氣推進實驗室的冰川學家埃里克·李諾特（Eric Rignot）說。過去二十多年裡，李諾特藉助飛機雷達和衛星對這一地區進行研究，他認為西南冰蓋的崩解只是時間問題。目前尚無法確定事情究竟會在500年後發生還是會在100年內到來，以及人類能否到時候做好應對。
「我們必須算對數字，同時又不能太磨蹭浪費時間。」李諾特說。
準確的預測離不開實地勘測。2012年12月，研究人員駕駛一架紅白相間的雙水獺飛機前往松島冰架。降落前，飛機先用機身上的滑雪板拖過積雪，確保降落地點沒有裂縫。然後一人在繩索保護下走下飛機，用一根八英尺長的測量杆探測積雪厚度。
（科考飛機的輪胎上裝有滑雪板。）
確認沒有冰縫隱憂之後，更多科學家下了飛機，在阿拉斯加大學冰川學家馬丁·特魯弗（Martin Truffer）的領導下搭建營地。他們計劃在冰架上生活兩個月，此前還從未有人類在此露營過。特魯弗的團隊希望在冰架上鑽孔，從中探測冰下海水的溫度。
夜幕降臨，科學家們在帳篷里聽到外面冰運動發出的砰砰巨響。每天早晨都能看到新的冰縫，寬度不過一英尺，但深不見底。在團隊勘測的五個星期內，他們腳下的冰層變薄了7英尺。
科學家花了很長時間才意識到西南極洲冰蓋溶化的速度之快。並非科學家無用，而是南極地區特殊地理環境的限制使然。南極海域每到冬天必結冰，科研船無法通行。海冰在夏天融化，可冰架上脫落下來的無數冰山又開始活動。漂浮的冰山橫行海面，在冰架外圍形成一道荊棘般的藩籬，讓勘探船隻不敢近身。
1994年3月，美國破冰船Nathaniel B. Palmer成為可能是有史以來第二艘接近冰架的船隻。破冰船趁著數日強風吹開的冰山狹縫齟齬前行。沒有地圖可參考，船員們只能望著聲吶監視器提心弔膽。聲吶影像顯示一個混沌的海底峽谷和遍布其中的山脊，驚險的是破冰船與其中一個海底山脊以20英尺之差「擦肩而過」。
（南極半島西部地區升溫速度比地球上其他任何地方更快。當地674個冰川中的90%都在萎縮，不斷有脫落的冰山漂流入海。圖：Camille Seaman／National Geographic）
Palmer破冰船在冰山間小心翼翼航行了12個小時，最後因航道阻隔無奈撤退。但是12小時的時間已足夠船員對海水進行勘測。測量結果令人不安：在海水錶面有一股淡水從冰架下方流出。這些水比海水要淡，暗示它們是冰架融化的產物。在2000到3000英尺之下，涌動著的則是溫暖的海水。
這些暖流來自200英里以外的南太平洋。海水攜帶大量的鹽分，沿著海底峽谷湧向南極冰川。冰河時期從大陸湧向海洋的冰川塑造了這些峽谷，當時的冰川相比現在更向海中延伸數百英里。如今，這些峽谷反過來為松島冰架送來源源不斷的溫暖海水。在內陸方向數十英里的地方，海洋暖流不斷融化冰架的「接地線」：冰架從此處與陸地分離，延伸成浮冰架。源源不斷的暖流加速著冰架的融化，新融化的淡水密度小于海水，在暖流之上、冰架之下流入海洋。
研究人員通過測量這些淡水的數量估算冰架的融化程度。英國劍橋南極考察組的冰川學家阿德里安·詹金斯（Adrian Jenkins）形容融化速度「瘋狂」地快。據他計算，冰架下方每年有13立方英里的冰塊融化，接地線附近的冰層每年都會變薄300英尺。
「冰川溶化如此之快超出我們想像。」詹金斯說。
（澳大利亞研究人員在托滕冰川探測到裂縫，研究者隨後部署儀器來檢測冰川移動和變薄的速度。圖：Camille Seaman／National Geographic）
在之後的13年中，詹金斯和同伴雅克布三次嘗試返回松島冰架，均因海冰阻隔未能成行。2009年1月，當兩人終於乘坐Palmer破冰船重返冰架，驚訝發現融化速度增加了約50%。有備而來的科學家帶來了新裝備：一個叫Autosub3的黃色潛艇機器人。Autosub3外形像魚雷，個頭有小卡車那麼大，下水後可自動導航行駛30個小時。
在前三次潛水中，Autosub3發現冰架底部融化了一個足夠潛水艇容身的缺口，不斷湧入的海水加速著冰架的融化。潛艇在第四次下水作業時不幸遭到撞擊，險些葬身海底。機組人員將它從水中撈出時，發現潛艇鼻錐被砸碎，內部一些精密設備損壞。
潛艇搜集的聲納數據揭示了一幅令人嘆為觀止的景象。冰架的底部呈現波紋狀，有的深達600英尺，且每個融窟的頂端都有裂縫深入冰架。
「到底在發生什麼鬼？」詹金斯被這些景象驚嚇到。
隨後他意識到是海水暖流將冰架底部融化，就像江河侵蝕山川一樣。
南極洲西岸的大片冰架都在融化。冰雪覆蓋的南極半島伸向海中延伸700英里與南美洲隔海相望，這裡的溫度升高最富戲劇性。環繞南極洲的風和洋流在此經過，更北部的暖流也流經這裡。自1950年以來，該地西部地區年平均氣溫上升了近5華氏度——升溫幅度是地球上其他地區的數倍——冬季氣溫更是升高了9度。每年中海水結冰的時間從7個月下降到4個月。
自1988年以來，半島東部的四個冰架已經陸續瓦解成千萬大小不等的冰山。（按照當前的融化和崩解速度，半島尾部的拉森C冰架很快也將消失）暖氣流讓冰架表面的冰雪融化，融水聚集成坑池，池塘變成裂縫，裂縫又侵蝕冰層。隨著原本起緩衝作用的沿海冰架消失殆盡，陸地高處的冰川以原來兩倍、五倍甚至九倍的速度沖入海洋。雖然這些小冰川不足以對海平面帶來太大影響，但還是引發了人們對阿蒙森沿海巨量冰川溶化的擔憂。
（途中黃線即為拉森C冰架上的裂紋，它變長的速度比科學家預期要快。一旦冰架斷裂入海，它將產生有記錄以來最大的冰山，並且可能牽動整個冰架的穩定。圖：PROJECT MIDAS; JEREMIE MOUGINOT, BERND SCHEUCHL, AND ERIC RIGNOT, UC IRVINE AND NASA CRYOSPHERIC SCIENCES PROGRAM AND MEASURES; BRITISH ANTARCTIC SURVEY; NASA LIMA）
阿蒙森海位於南極半島南方，對此處冰川最大的威脅在於詹金斯和雅克布發現的「海水倒融」機制：溫暖的海水沿著深海峽谷接觸到冰架，自下而上地將冰層融化。
美國國家雪冰數據中心（National Snow and Ice Data Cente）科學家泰德·斯卡姆波（Ted Scambos）和美國斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）的海倫·弗里克（Helen Fricker）在去年指導了對南極多處冰架的衛星考察，研究顯示這些冰下融洞十分常見。附著在海岸的冰層對其身後的大陸冰川起到緩衝作用，但它們的附著點正逐漸變薄，「讓人不忍直視。」斯卡姆波在2016年這樣說。
俄亥俄州伯德極地與氣候研究中心的伊安·霍瓦特（Ian Howat）是密切關注松島冰架的另一位冰川學家。去年11月，霍瓦特報告了兩個不詳的新裂縫，新裂縫橫跨冰架，一旦斷裂冰架將被修剪成有記錄以來的最短長度。在回顧歷史衛星圖像時，霍瓦特意識到，這些裂紋可能是由三年前發生的一起冰層運動觸發的。原本固定北岸冰架的冰層突然崩解，暗示它下面已被溶化。脫離主體的冰層在幾天內漂流入海，霍瓦特形容它「就像拉鏈一般在冰川的一邊拉開了口」。
無法確定整個冰架何時瓦解。流經冰層下的暖流水溫在冰點以上4至6華氏度，每年3000立方英里的暖流流經這裡，相當於冰架正接受超過一百個核電站產生的熱量，而且是7×24小時日夜不歇地烘烤。
（冰山圓潤的邊緣暗示著它在從冰架脫離之後快速融化。如今南極半島西側冬天的氣溫與1950年相比升高了9華氏度。圖：Camille Seaman／National Geographic）
2012年12月，當特魯弗團隊在冰架上露營的時候，他們已經感覺到冰層的脆弱。當冰下融洞越來越深，失去支撐的冰層出現塌陷，整個冰架彎曲變形。裂縫沿著壓力線延展，每天晚上都能聽到冰層斷裂的巨響，早上醒來看到新的裂縫。
事實上過去幾年李諾特等人的研究表明，阿蒙森海沿岸幾大冰川的崩潰已不可避免。僅在2002年至2009年之間，史密斯冰川的某些地方變薄了1500英尺。阿蒙森冰川的接地線大步後退，個別地方達到數十英里。接地線的每次後退都會使更大的冰面暴露在溫暖的海水中。這一過程發展迅速，科學家迫切想知道它的變化有多快。
弗里克將冰架形容為「礦井中的金絲雀」。金絲雀對瓦斯極為敏感，只要礦井中有一絲瓦斯，這種鳥兒就會驚恐不安叫個不停。全球變暖讓冰架「聞風而動」，行為背後預示著冰川加速入海的災難。弗里克的團隊發現，從1994年到2012年，南極冰架消失的速度從每年6立方英里激增到如今的每年74立方英里，提速了12倍。
而且，冰川的萎縮和溶化還將繼續加快，李諾特認為，也許未來三四十年還不太明顯，但從2050年開始到2100年，事情可能變的非常糟糕，到時候科學家也無計可施。
（從空間站拍攝到的A56號冰山，它的面積是曼哈頓的數倍。它在2000年從菲爾希納龍尼冰架脫離，隨後漂流了上千英里。圖：TIM PEAKE, ESA/NASA）
自19世紀工業革命以來，人類使用化石燃料產生的大部分熱量最終都進入海洋。即便所有國家從現在開始削減排放，洋環流風和洋流仍然會把更多熱量輸送到南極。南極洲的融化已經呈現不可阻擋之勢。
斯威特冰川是南極洲最為科學家關注的冰川之一，這一冰川全部融化可讓全球海平面升高足足四英尺。去年秋天，英美科學基金會宣布斥資2000萬至2500萬美元，通過船舶、飛機、衛星和水下機器人等各種手段來評估斯威特冰川的運動狀況。根據目前為止最樂觀的估計，到2100年，南極洲融化的冰雪將讓全球海平面升高1.5至3.5英尺，具體還取決於人類繼續排放溫室氣體的速度。加上格陵蘭島和世界各地融化的冰川，海平面在2100年前可能上升3到7英尺。
這還不是最終的結果，2100年之後海平面並不會停止上升。有關海平面上升，人們可以從地質史上找到更令人不安的記錄。研究古海岸線的地質學家稱，12.5萬年前的地球比現在更溫暖，那時海平面比今日高出20到30英尺。追溯到更久遠的300萬年前，當時地球大氣中的二氧化碳含量與今天一樣高，溫度約為2050年的預期水平，那時的海平面比現在要高出70英尺。
格陵蘭和西南極的冰蓋全部融化能讓海平面升高35英尺。為了考慮最壞的情況——南極全部融化——科學家把目光轉向東南極洲，這裡儲存著地球上3/4的冰。
今年1月份，一架雙螺旋槳DC-3飛機從澳大利亞的凱西科考站出發，沿著南極洲東海岸進行一系列飛行考察。這架飛機建於1944年，機上裝配有現代科學設備。當飛機飛過托滕冰川時，雷達記錄下冰的厚度，另一個儀器負責記錄地球重力場的微小變化，從中可以推測冰下海底地形。機組人員會時不時向海面拋下測量水溫的儀器。儀器在落水時分成兩部分，其中一半在下沉的過程中測量沿途的水溫變化，另一半漂浮在水面上，負責將數據用無線電發送回飛機。
不同於西部半島的低勢臨海，東南極洲是安穩的高地。不久之前，東南極洲的冰蓋還被認為是安全無憂的。但冰雷達測繪顯示，冰蓋下方有多條冰川切割形成的通道，正好可以將溫暖的海水引入冰蓋的中心下方。托滕冰川是東南極洲最大的沿海冰川，一旦崩潰將使全球海平面上升13英尺，融化的水量幾乎與整個西南極州的融化量相當。
2015年1月，澳大利亞破冰船Aurora Australis成為第一艘抵達托滕冰川的科考船。正如Palmer在松島的發現一樣，它也發現大量的融水從東部冰架下流出，流出的速度大約每天4.5立方英里。
德克薩斯大學冰川學家唐納德·布蘭肯希（Donald Blankenship）對托滕冰川的命運深感憂慮。他曾在此前的調查中辨認出兩個深海通道，通道的大小足夠向冰川底下引入大量溫暖海水。
托滕冰川的融化速度比西南極地區慢很多，照此速度下去，南極大陸所有的冰雪可能需要幾個世紀才會全部融化。一旦如此，人類將面臨一場浩劫，沿海地區首當其衝，紐約、洛杉磯、哥本哈根和上海都難逃此劫。
「導火索已經被點燃。」布蘭肯希說。「我們現在只是找出那些炸彈在哪兒。」