科学家研究气候变化对岛屿影响

格陵兰“化了”

从直升机上鸟瞰格陵兰岛会发现,这里的冰盖在讲述一个分崩离析的“故事”。水和压力造成的长长裂缝刻画着冰面,蓝色的融水湖不断扩张,急流脉络向西蜿蜒,流向冰架末端最终进入大海。

飞过这个世界最大融冰的科学家选择了一个明媚的夏日研究融化问题。格陵兰岛边缘170万平方公里的冰架在夏日定期融化。但在2016年,冰雪融化时间开始变早,而且在向岛内扩展。

到4月,12%的表面冰层融化,而通常年平均融化量到6月也不过10%。

融化加速

而且,研究显示,格陵兰岛冰川的融化速度比原先预想要快得多。从2003年到2013年,该地区的冰融化了将近2.7万亿吨,而非稍早之前估计的2.5万亿吨。

根据卫星数据,研究人员发现在低海拔地区,尤其是冰盖的西部边缘,冰层融化范围最广。

就在此次考察之前,一股湍急的融水冲走了固定在一座桥上的传感器,这已经是设备4年中第二次被冲走。“我已经参加过多次考察了,但从未见过这么多水。

”直升机飞行员对研究人员说。

在格陵兰岛,大量冰雪正在融化。虽然格陵兰岛冰架的衰减已是老生常谈,但直到最近,大量崩解的冰川带着内部的冰块沉入大海,这引起了大量注意。

之前研究也显示,格陵兰岛冰层在2011年至2014年间融化约1万亿吨,是过去20年的2倍。

而冰层融化导致全球海平面每年上升0.74毫米。“没有人希望看到冰架如此迅速地融化。”美国加州大学欧文分校地球物理学家Isabella Velicogna说,“但这却比我们预计得还快。

目前,科学家急切希望找出格陵兰岛冰雪融化的原因和未来发展趋势,因为这里拥有能让海平面上升约7米的大量冰雪。尽管北极地区变暖速度是其余地区的2倍,但仅高温一个原因无法解释格陵兰岛冰雪的迅速融化。

反常的温暖夏季可能促进了微生物和藻类在日渐湿润的冰架上生长,增加了冰架对太阳能的吸收。此外,从低纬度地区飘来的烟灰和灰尘似乎也起了一定作用。

找出“元凶”

为了追踪这些复杂因素,科学家使用了卫星设备:用图片监控冰层颜色和反射性;用高度计测量融化情况,还组织了多次野外考察。通过分析冰架的变化,研究人员还希望弄清生物过程和物理过程是如何“合作”摧毁它的。

英国布里斯托大学生物地球化学家Martyn Tranter表示,“我们十分担忧新生物会加速全球海平面上升。”

直升机降落在雪面上,刺眼的冰雪让科学家不得不戴上太阳镜。但当英国谢菲尔德大学的Joe Cook在使用与传感器相连的微型笔记本电脑时,大家发现雪并没有看起来那么白。

它吸收了部分可见光,并且主要是波长较长的红外波。

Cook表示,冰雪变暗是由融化引起的:在融化和重新冻结的过程中,冰晶不再长而尖,而是变得大而圆,这能减少约10%的冰雪反射率。冰雪吸收太阳辐射越多,导致温度越高,于是加速其融化。

测量工作完成后,他们返回直升机,停留处的雪已经消失无踪,暴露出崎岖湿滑的冰面。而且冰雪仍在持续变脏变暗。卫星数据显示,自2001年起,冰架边缘正以每十年5%的速度变暗。

更早前的样本还揭示了其他“元凶”:例如,欧洲工厂和加拿大火灾产生的烟灰也对冰雪融化“贡献”良多。

此外,研究人员量化了每种“染黑剂”的相关影响,却发现另一个因素可能是最大“元凶”:藻类和细菌的繁盛。

冰面上布满了手指粗细的孔洞,每个洞里都有融水,但有一块厚厚的烂泥铺在底部。而欧洲探险家Nils A. E. Nordenskild在150年前就提出,一些被称为“冰尘”的烂泥就是活细菌。

它们产生了其他反馈效应:黑色冰尘捕获的太阳能不断融化冰雪,使洞加深,同时为细菌制造更有利的生存环境。

2010年,布里斯托大学微生物学家Marian Yallop在冰架边缘发现了更多生命:藻类。“让所有人感到惊讶的是,藻类也能生存在这种极端寒冷、高紫外线的环境中,并忍受常规融冻循环。

”参加了今年考察的Yallop说。

而且,布里斯托大学冰川学家Andrew Tedstone表示,冰雪融化提前、24小时太阳照射和液态水这3个因素可能加速了藻类繁殖。该理论或能解释在2010年、2012年和2016年温暖的夏季,黑冰区域表面急剧变黑,相反在2015年较冷的夏季,颜色没有变化的原因。

在第三个取样点,藻类对冰雪的破坏显而易见。这里的情景与人们想象中的格陵兰岛相去甚远。“人们可能认为格陵兰岛冰盖是原始、纯洁的。

”英国利兹大学大气学家Jim McQuaid说,但实际上一团糟:冰尘洞合并成了水洼、盆地以及湍急的河流。

研究人员将褐色的雪收集起来,之后将分析这些样本的DNA和其他标记物以鉴定藻类物种和无机污染物。

距离最后一个取样地点20公里有一块试验区,考察组在这里监控了数周,目的是确定冰雪变黑的地面实况,并量化每种变黑因素及其对融化的影响。

该团队使用无人机、常规样本和一系列参考点追踪了7种不同小环境的反射率、冰尘构造和生物活性是如何进化的。科学家希望借助这些成果,最终能利用卫星数据推断出整个格陵兰冰架的融化情况。

由表及里

2012年,格陵兰岛融化出现反常情况。卫星数据显示,到当年7月12日,几乎98%的冰架表面都出现了液态水,即便格陵兰岛最寒冷的地方也有融化迹象。

记录显示,上次出现这种现象是在1889年,这种现象约每150年出现一次。但当时,科学家无法确定这一反常融化的原因。

近日发表的有关2012年融化的模型显示,并非变黑的冰雪吸收了过多阳光从而导致融化——实际上当时岛上空云量很大。相反是大团高压系统让该地区气候温暖且降雨增多。

研究人员回到自己温暖的工作室继续工作,以便更多了解格陵兰岛融化带来的影响。其中一个关键问题是,冰盖下部融化排出的水是如何影响冰川向海洋移动的,以及它们流出的速率。

研究人员还想知道春季融化的冰山水是如何对夏季径流产生影响的。

科学家最近已发现,在春季的消融与冻结周期,紧挨着表层雪之下出现了大量约6米厚的“冰晶体”。传感器数据显示,该晶体阻止了夏季冰融水向更深层的老雪层渗透。

相反,冰融水似乎被限制在地表范围,从而扩充了夏季径流。

明年春天Tedstone将穿越格陵兰岛东南部,这需要在-30℃的环境中驾驶雪地摩托车行驶150公里的艰苦跋涉,以便验证晶体现象是否已经非常普遍。

“这将是一个相当残酷的过程,但没有其他办法,想得到数据,只能这样。”他说。

而冰雪融化也为实地调研制造了许多困难,研究人员面临着无数的烂泥和水坑,并且随着周围冰雪的逐渐消失,他们不得不每周寻找并转移到下一个工作与住宿地。

尽管如此,他们仍然对不停变换的冰景感到惊讶。McQuaid说:“每天晚上,随着太阳下山,我们都会静静享受在这片神奇冰面上的时刻,这里没有其他人来过,它很快会融化,所以也不可能有人再来。

《中国科学报》 (2017-03-11 第3版 国际)

SOURCE: http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/3/370198.shtm

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