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人類活動導致的溫室氣體排放，使得全球氣溫持續升高。高溫導致極地冰川和冰蓋加速融化，海平面上升。科學家一直試圖了解南極冰架融化的具體機制，尤其是冰架底部與海洋相互作用的過程。不過，南極洲環境惡劣，交通不便，開展科研難度極大，而且，冰架底部位于厚厚的冰層之下，難以直接觀測，所以要深入了解地球系統，特別是極地地區的復雜過程頗為不易。

“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到，一項由瑞典哥德堡大學研究人員領導的國際研究團隊共同完成的研究，首次通過水下無人機對南極冰架底部進行了詳細的測繪，揭示了冰架融化的復雜過程。該研究成果于2024年7月31日發表在《科學進展》（Science Advances）上。

（上圖：自主式水下航行器“蘭”（Ran）受命潛入西南極多特森冰架的冰腔，對上覆冰層進行詳細掃描。該探測任務于2022年在布滿浮冰的海域展開。攝影：Filip Stedt。）

該研究團隊利用一艘名為“蘭”的水下無人潛航器，深入探測了位于西南極洲的多特森冰架（Dotson Ice Shelf）。這艘無人潛航器配備了先進的聲納系統，對冰架底部進行了高分辨率的掃描。通過長達27天的不間斷工作，“蘭”成功繪制了冰架底部的地形圖，為科學家們提供了前所未有的數據。

具體來說，研究人員利用自主式水下航行器（AUV）深入多特森冰架底部，并使用向上探測的多波束聲納系統，繪制了覆蓋西部、中部和東部區域，總面積達140平方公里、延伸至冰腔內17公里的高分辨率冰底地圖。此外，研究人員還同步測量了冰下20至80米處的洋流、溫度和鹽度數據。這項獨特的數據集揭示了冰架底部形態的多樣性，包括侵蝕痕跡、陡峭的墻壁環繞的平坦冰平臺（階地）、基底裂縫處增強的融化，以及此前未知的、出現在高融化區域、長達20至300米、呈淚滴狀的向上凹痕等。研究人員進一步證明，冰架底部形態的差異可以由多種融化機制解釋，這些機制主要受洋流速度、熱含量以及與基底裂縫的相互作用所控制。

（上圖：為了精確測量冰底的形態，科學家們特意選用了一種多波束聲吶系統。這種設備能在距離冰面約50米的地方，對冰底進行高精度掃描，最終繪制出了冰底地圖。這張圖由安娜·瓦林繪制，并發表在《科學進展》上。）

該論文的主要作者，哥德堡大學的安娜·瓦林（Anna W?hlin）教授表示：“以往我們主要依靠衛星數據和冰芯來研究冰架的變化。而這次，我們直接潛入冰架內部，獲得了更加直觀的觀測結果。這就像是第一次看到了月球的背面。”

研究結果顯示，多特森冰架的底部并非平整，而是存在著復雜的凹凸地形，類似于陸地上的山丘和谷地。這些地形特征是由冰架底部強烈的洋流和地球自轉共同作用形成的。更重要的是，研究人員發現，冰架底部在垂直裂縫處融化速度極快，這加速了整個冰架的退縮。

上圖展示了論文中討論的各個過程。（請注意，垂直尺度被放大了。）圖源：W?hlin, Anna, et al.

紐約大學柯朗數學科學研究所的大衛·霍蘭德（David Holland）教授強調：“我們預測未來海平面上升的能力，很大程度上取決于我們對南極冰架底部情況的了解。這項研究為我們提供了寶貴的數據。”

這項研究的意義在于，它不僅揭示了南極冰架融化的復雜性，而且為科學家們提供了新的研究方向。通過對這些數據的深入分析，科學家們可以更好地理解氣候變化對南極冰架的影響，從而更準確地預測未來海平面上升的速度和幅度。

感興趣的“海洋與濕地”（OceanWetlands）讀者可以參看全文：

W?hlin A, Alley K E, Begeman C, et al. Swirls and scoops: Ice base melt revealed by multibeam imagery of an Antarctic ice shelf[J]. Science Advances, 2024, 10(31): eadn9188.

海洋與濕地·小百科

多特森冰架（Dotson Ice Shelf）是位于南極洲的一塊冰架。冰架是浮在水面上的冰層，通常從大陸冰蓋延伸出來，形成一個大型冰面。多特森冰架位于南極洲的西部，尤其是安哥拉灣（Amundsen Sea）的北側。多特森冰架的研究對了解全球氣候變化和南極冰蓋的動態至關重要。冰架的變化可以影響全球海平面的上升，因為它們作為冰蓋的“堵塞器”，防止冰川直接流入海洋。如果冰架崩潰或減少，它可以加速冰川的流動，從而加速海平面上升。

海底無人機（Autonomous Underwater Vehicle，AUV），或稱自主式水下航行器、自主水下車輛，是一種可以在水下自主航行的機器人。它能根據預設程序或實時指令，執行各種水下任務，如海底地形測量、海洋生物調查、水下考古等。AUV搭載多種傳感器，可在復雜水域自主航行、避障并收集數據，為海洋科學研究、海洋工程、軍事等領域提供重要支持。相比于載人潛水器，AUV具有成本低、安全性高、效率高等優勢，是現代海洋探索的重要工具。

撕裂狀特征（Teardrop-Shaped Features），也可以翻譯為淚滴狀凹痕，是指在冰架底部高融化區域形成的形狀類似撕裂水滴的地形特征。“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編發現“Teardrop”這個詞在這個研究中是比較重要的一個詞，一共出現了12次。這些獨特的地形由冰架底部流體的旋轉和復雜流動模式造成，尤其是邊界層流動的影響。流體的旋轉和湍流會導致底部冰層的侵蝕，形成這種類似撕裂水滴的形狀。撕裂狀特征的出現通常與融化速率較高的區域相關，因為這些區域的水流動能和熱量較大，使得底部冰層快速變形。這些特征對于理解冰架的融化過程和評估冰架穩定性及全球海平面變化具有重要科學意義。

冰架基底融化（Basal Melting of Ice Shelves）是指冰架底部因與海洋水體接觸而發生的融化過程。冰架是懸浮在海洋上的冰層，冰架基底融化涉及到溫暖的海水與冰架底部接觸，引發冰的融化。這個過程受到多種因素的影響，包括水溫、鹽度和水流速度等。基底融化不僅改變了冰架底部的地形，還對冰架的穩定性產生影響，從而影響到冰架對冰蓋的支撐能力，進而影響全球海平面上升。

編譯 | 王芊佳

審核｜Richard

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https://www.nyu.edu/about/news-publications/news/2024/july/scientists-capture-new-view-of-how-the-ocean-melts-antarctica-s-.html

https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adn9188