所有文章 > 正文

科学家用机器人数据揭开了南极海冰上神秘洞穴的面纱

作者: Jansfer

时间: 2019-06-12 17:45

南极洲威德尔海表面上的冬季冰层偶尔会形成一个巨大的洞。2016年至2017年出现的一个洞引起了科学家和记者强烈的好奇心。尽管几十年前就有更大的冰隙形成,但这次是海洋学家第一次有机会真正监测南极冬季海冰的这一意想不到的冰隙。

图|美国宇航局的一颗卫星于2017年9月25日在南极海岸海冰上拍摄到的一个洞(来源:美国国家航空航天局)

华盛顿大学主导的一项新研究将海冰覆盖的卫星图像、海面漂泊的机器人,甚至装有传感器的海豹结合起来,以更好地理解这一现象。这项研究探索了这个洞只在近几年内出现的原因,以及它在更大的海洋环流中可能扮演的角色。

这项研究发表在6月10日的《自然》杂志上。

该论文的主要作者、华盛顿大学海洋学博士生Ethan Campbell说:“我们认为这个被称为波利尼亚的大洞非常罕见,可能已经面临灭绝。但发生在2016年和2017年的事件迫使我们重新评估。观察表明,最近的波利尼亚大洞形成是由多种因素共同作用的结果——一个是非寻常的海洋条件,另一个是以飓风风力盘旋在威德尔海上空的强烈风暴。”

“polynya”是俄语单词,大致意思是“冰上的洞”,当风把冰吹来吹去的时候,就会在岸边形成一个“波利尼亚”。但波利尼亚大洞也可能出现在远离海岸的地方,成为企鹅、鲸鱼和海豹上岸小憩的绿洲。

这种远离南极海岸的波利尼亚经常有个小开口,曾在里面出现过大的珊瑚虫。就在第一颗卫星发射后不久,1974年、1975年和1976年三年,该地区出现了目前已知最大的冰湖。当时,尽管外部气温远低于零摄氏度,但这个面积相当于新西兰地区大的冰湖连续三个冬天都没有结冰。

图|Steve Riser (左二)和Ethan Campbell(右二)以及准备释放到南大洋的SOCCOM监测仪器(来源:华盛顿大学)

为了更好地理解这一神秘现象,Campbell于2016进入华盛顿大学成为一名研究生。几十年来,蒙科学幸运之神眷顾,首次出现了一场大地震。2016年8月,美国国家航空航天局(NASA)的一幅卫星图像引起了公众的注意,这幅图像显示出存在时间长达三周、面积达3.3万平方公里的波利尼亚。2017年9月和10月出现了一个更大的波利尼亚,面积为5万平方公里。

南大洋在全球洋流和碳循环中发挥着关键作用,但人们对其行为知之甚少。南大洋拥有着地球上最猛烈的风暴,当处于冬季极夜24小时的黑暗中时,风不断地吹着大陆。这项新研究使用的是南大洋碳和气候观测与建模项目(SOCCOM)的观测数据,该项目推出了海面漂浮的仪器,用来监测南极的情况。

该研究使用的数据来源还包括阿尔戈海洋观测项目(Argo ocean survey program)、带有传感器的海象、气象站以及数十年的卫星图像。

论文合著者、华盛顿大学海洋学教授Stephen Rise说:“该研究表明,这种波利尼亚大洞现象实际上是由一系列因素引起,所有这些因素都是导致波利尼亚大洞现象发生的原因。任何时候,这些因素可能会发生几个,但如果这些因素没有全部发生,波利尼亚大洞就不会出现。”

研究表明,环绕南极洲的风在靠近海岸时会在东部威德尔海发生混合变得更强。在该地区,一座名为莫德高地(Maud Rise)的水下山脉迫使周围的海水密度变大,并在上方留下一个漩涡。两台SOCCOM仪器在莫德高地上空的漩涡中记录了多年的观测数据。

分析表明,当海洋表层的盐分特别高时,如2016年所见,强烈的冬季风暴会引发一个颠覆性的环流。深海处更温暖、盐分更高的海水就被搅动到水面,水面的空气使海水温度变低,密度变大,表面的海水下沉,温度相对高1℃的深水上浮,形成一个反馈回路,冰因此就无法再形成了。

气候发生变化时,冰川融化和其他来源产生的淡水将使南大洋表层海水密度降低,这可能意味着未来的波利尼亚会减少。但新的研究对这一假设提出了质疑。许多模型显示,环绕南极洲的风变强且来越靠近海岸——新的论文表明,这将促进更多的波利尼亚形成。

这是第一次观测证明即使是像2016年那样的小波利尼亚也能将水从地表一直输送到深海。

图|用临时卫星标签收集海洋测量数据的海豹,海豹经常在海冰下游泳(来源: Dan Costa/加州大学圣克鲁斯分校)

“本质上讲,波利尼亚是整个海洋的翻转,而不仅仅是从海洋表面到海洋深处单向地注入,”论文合著者Earle Wilson说。Earle Wilson最近刚刚在华盛顿大学获得了海洋学博士学位。

波利尼亚对气候的影响之一是影响了海洋中最深处的水,即南极底层水。南极底层水温度低、密度最大,其形成地点和方式会影响它的特性,并对其他主要洋流产生涟漪效应。

Riser说:“现在人们认为大部分海底水是形成于南极大陆架上,但是这些大型的近海波利尼亚过去可能更常见。我们需要改进模型,研究这一可能会产生大范围气候影响的波利尼亚形成过程。”

大型且长时间存在的波利尼亚也会影响大气,因为深水中含有生物碳,这些生物碳已经下沉了几个世纪,并逐渐溶解。一旦这些深海水到达地表,这些生物碳就会被释放。

Campbell说:“深海处的碳已经被封存了数百年,在波利尼亚,这些生物炭可能通过这种剧烈的搅动在海面得到释放。大规模的碳排放事件如果连续多年发生,就真的会对气候系统造成严重打击。”

参考:Phys.org

本文为“AMiner”官网文章。转载本文请联系原作者获取授权,转载仅限全文转载并保留文章标题及内容,不得删改、添加内容绕开原创保护,且文章开头必须注明:转自“AMiner”官网。谢谢您的合作。

二维码 扫码微信阅读
推荐阅读 更多