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南极冰事(29)末日冰川 和 正在减少的南极冰 精选

已有 4689 次阅读 2023-10-13 19:42 |系统分类:科研笔记

南极冰事(29)末日冰川 和 正在减少的南极冰

张武昌2023年10月13日星期五

 

 

本系列的题目叫南极冰事,前面我们讲述了南极冰的基本情况。小结如下:

 1,南极冰包括海冰和陆冰,海冰是由海水冻结而成,其上也覆盖着少量天空降下的雪,陆冰是由天空降下的雪冻结而成,包括基岩上面的冰盖和海水上面的冰架。

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2,冰盖和冰架的分界线是冰架的接地线grounding line。冰架的厚度小于冰盖的厚度,且离接地线越远,厚度越小,这是因为海水从下面融化冰架的结果,

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3,冰盖的下方有发达的水系,包括冰下湖和冰下河,这些冰下的水有利于冰盖的滑行。

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 南极冰一直处于动态变化之中,随着全球变暖,南极的冰正在减少,海冰、冰架和冰盖都在减少。这一集讲一下南极冰的减少情况。

 

海冰减少

 

首先海冰正在减少。在“变化中的北极(61)北极海冰和南极海冰的差异(https://blog.sciencenet.cn/blog-39359-1375118.html)”  中,我们已经讲过南极的海冰面积在2015年以前没有明显的下降,反而稍有上升。

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但是即使如此,并不是所有的区域海冰都是增长趋势,在有的海区海冰增加,而有的海区海冰减少。下图是1979–2013年各个区域海冰的变化(每10年变化的百分比,% dec1)趋势,

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可见在Bellingshausen Sea和Amundsen Sea,海冰反而呈现减少趋势。此处海冰减少是因为北边的南极绕极流向南入侵的结果。

在南极大陆的四周环绕着由西风带引起的西向东流动的南极绕极流ACC(下图红箭头)。在南极大陆近岸是下降风引起的南极沿岸流(蓝箭头)。但是南极半岛的存在使得南极沿岸流没有形成闭环,而是被南极半岛阻隔。 

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南极沿岸流绕过南极半岛后东向西移动一小段距离,就被南极绕极流迎面顶回。

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所以阿蒙森海是南极沿岸流的起点,此处南极绕极流ACC直接扑向岸边,成为南极沿岸流的源头。

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也是Ross 环流的南边界。北边暖水的侵入导致海冰反而减少。

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冰架减少

关于南极冰架的基础知识,请参阅“南极冰事(8)冰川和冰架https://blog.sciencenet.cn/blog-39359-1393423.html”。

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南极冰架的减少可想而知最北面的冰架减少越显著。最南边的冰架是南极半岛右侧的Larsen 冰架。

Larsen 冰架原来由3个部分组成,分别为A, B, C。

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现在A 和B都已经崩塌殆尽,

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只剩下Larsen C冰架。2017年,这个冰架崩塌出了一座巨大的冰山,见“南极冰事(2)冰山的一生https://blog.sciencenet.cn/blog-39359-1386491.html”。

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估计Larsen C冰架也会很快消失。

冰盖的减少

 

本系列已经讲述了冰盖的上表面和下表面,通过卫星可以探测冰盖的上表面和下表面,因此可以估计冰盖的体积,并估计密度换算成质量,由于冰盖减少会导致海平面上升,所以也有使用海平面上升高度来表达冰盖减少的量。

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南极冰盖分为三个部分,东南极,西南极和南极半岛。

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各个部分的冰架减少速度不一样。东南极冰架减少的速度较小,西南极冰架减少的速度最大,南极半岛冰盖稍有增加。

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西南极冰架减少最快主要是因为西南极的基岩大多位于海面之下。南极山脉将南极冰盖分为东南极冰盖和较小的西南极冰盖两个部分。东南极冰盖主要位于陆地上,称为陆基冰盖,但西南极冰盖一些地方直接延伸到海平面以下的海底,就像冰盖的“脚”站在了海底,这些冰盖被称为海基冰盖marine-based ice sheets。思韦茨冰川和松岛冰川就是两只巨大的“脚”,支撑着西南极冰盖上的冰块,这一阻挡作用英语叫做Buttressing。

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海洋对冰架的加热有正反馈作用,海洋融化了冰架下部,由于冰架是淡水,所以融化的淡水和海水混合其比重低于海水,就会上升,形成上升流,并将更多的海水吸入冰架之下,进一步融化冰架下部,导致接地线后移,形成更多的冰架。

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冰架的支撑作用Buttressing减小,冰盖下滑的速度加快。

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末日冰川

 

在西南极,冰盖冰量减少最快的是阿蒙森海邻近的冰川。如下图。

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将南极冰盖和格陵兰冰盖放在一起对比,这里也是南极和北极冰川减少最快的地方,

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其中的思韦茨冰川(Thwaites Glacier)是南极最大、移动速度最快的两个冰川之一(另一个是松岛冰川Pine Island Glacier)。

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随着地球气候变暖的不断加剧,思韦茨冰川正在以每年800米的惊人速度融化,科学家们估计它将在200到600年内失去所有的冰,这将使全球海平面上升约0.5到0.65米。所以思韦茨冰川是全球冰盖减少的最具警示性的冰川,全球冰川的崩塌和消失将从思韦茨冰川开始,所以这个冰川得了个诨名叫末日冰川doomsday glacier。

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降雪变化对冰盖减少影响

冰盖的减少是由两个过程决定的,降水增加冰量,而冰盖的融化和断裂导致冰量减少。

随着全球变暖,空气中的水汽含量增加,因此大气环流可以运输更多的水汽。南极的年降雪量一直在增加,但是,冰盖的融化和断裂导致的冰量减少更大,因此总的结果为冰量减少。南极半岛冰盖的增加可能由降雪增加造成。

为什么是思韦茨冰川

为什么思韦茨冰川减少得最快呢?可能有如下原因。

第一,暖流入侵

空气对冰架的加热远远低于海水的加热。下图中海洋热力融化了冰架,形成了很多涵洞。

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在海冰减少部分解释了此处北边南极绕极流的向南入侵也是冰架减少的原因。

第二,独特的海底地形

阿蒙森海有广阔的陆架,在陆架上有几条海沟,将北方的深层的暖水引导到冰架下面,通过对流作用在冰架下掏洞,导致接地线迅速后撤。

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由于海沟对暖流的导流作用,使得各处的接地线后移不均匀,后移较快的地方形成洞穴。美国国家航空航天局(NASA)利用最新卫星雷达探测技术发现思韦茨冰川底部一个巨大洞穴,高300米,面积约40平方公里,可容纳140亿吨冰。数据显示这个洞穴有很大一部分是三年内形成的。

第三,地热的作用

在南极的下面有地幔柱向地表凸起,而思韦茨冰川就位于地幔柱的上方。这对末日冰川的快速减少也有贡献。

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冰盖何时消失

综上所述,西南极冰盖将会是最先崩溃的冰盖,大家都在预测这一天何时到来。

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2021年,模型研究给出了不同CO2排放情形下冰盖的消失情况,在目前的排放情形下,冰盖在500年后还可能存在。

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计算机模型显示的IPCC CO2排放情境(RCP2.6低排放, 4.5中排放, 8.5高排放)下的2500年的南极冰架的情况。

现在回答上一集(https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=39359&do=blog&id=1405193)提出的问题,科学家应该能在这500年间搞清冰盖下的河流。




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