研究气候影响冰川与冰盖变化的新成果
（一）探索气候影响冰川变化的新信息
1．研究气候对冰川变化影响的新进展
⑴发现调节气候的暖流在推动思韦茨冰川融化。[48]2020年9月，英国南极勘察局与美国国家航空航天局等机构科学家组成的研究团队，在《冰冻圈》杂志上发表研究报告称，有“末日冰川”之称的南极思韦茨冰川，正在以惊人的速度融化，提高海平面，令人担忧更令人困惑。近日，他们找到了这个问题的答案：冰川融化过快的元凶，是潜入冰川底部和基岩之间的暖流，水温2℃。而且，借助最新勘测仪器，科学家绘制出暖流在冰下逡巡的路径。
各种探测数据显示，思韦茨冰川前端底部悬空，海洋暖流由一个巨大的通道插入大陆架和冰川底部之间；暴露在水中的冰面越大，融化就越多，而涌入的暖流水量更大，如此形成恶性循环。报道称，冰川底部的这个空隙比以前认为的更深，大约600米，相当于六个足球场首尾相连。这股海底暖流，被形容为有数百万年历史的思韦茨冰川的阿基利斯之踵，即它的致命弱点。如果思韦茨冰川以现在的速度持续融化，则冰架最终崩塌不可避免，地球的海洋和大气循环系统将被严重扭曲，后果堪忧。
思韦茨冰川是南极最大、移动速度最快的两个冰川之一，位于南极州的西部，冰川厚度达4千米，面积超过18万平方公里，略小于英国，和美国佛罗里达州的大小相当。它被认为是预测全球海平面上升的关键。数据显示，它拥有足够的冰来将海平面提高65厘米，它融化后注入阿蒙森海的冰水，约占全球海平面上升总量的4%。
美国国家航空航天局2019年初宣布，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。英国南极勘察局用无人潜水艇对冰川底部的水流进行勘测，結果不但探测到由咸、淡水混合而成的湍流，更测得比冰点高出2℃多的“暖水”水温。
根据各种数据绘制的剖面图展示了暖流从底部侵蚀、融化冰川的路径和后果。他们研究结果证实了科学界多年来的怀疑，即思韦茨冰川前端并不是紧贴着大陆架的基岩，所以暖流可以像梭子一样嵌入冰层和海床之间；切面越大，冰川融化越快。
卫星数据显示，自20世纪70年代以来，思韦茨冰川明显退缩，1992～2017年，冰川接地线以每年0.6至0.8公里的速度退缩。20世纪90年代，思韦茨冰川每年融化100亿吨冰，现在差不多是800亿吨。它的坍塌将使全球海平面上升约65厘米，同时会释放出南极洲西部的其他主要冰体，这些冰体加起来可能会使海平面上升2～3米。这对许多国家，包括世界上大多数沿海城市来说，将是灾难性的，还会让一些地势低的海岛消失。
但是，更重大的危险在于海洋风暴的烈度将因此加剧。英国南极勘察局科学部负责人大卫·沃恩教授说：“如果海平面升高50厘米，本来千年一遇的风暴可能更频繁，变成百年一遇；如果升高一米，那就可能每10年发生一次。”
思韦茨冰川不会在一夜之间全部融化；那需要数十年，甚至超过一个世纪。但不可否认的是，二氧化碳排放不断增多，使得更多热量进入大气和海洋，意味着地球生态系统中的能量增多，必然导致全球大循环发生变化。这种现象已经在北极发生，南极的迹象也日益清晰。
⑵发现思韦茨冰川已处于快速融化状态。[49]2022年9月，英国南极调查局海洋地球物理学家罗伯特·拉特等人组成的研究团队，在《自然·地球科学》杂志上发表论文称，他们研究发现，由于温暖的深水密集地将热量输送到今天的冰架洞穴，并从下方融化冰架，南极洲西部阿蒙森海的思韦茨冰川融化的速度，比之前认为的要快得多，恐将导致全球海平面上升3米。
研究人员称，思韦茨冰川是南极洲地区变化最快的冰川之一，与同样位于阿蒙森海的松岛冰川一起，这两大重要冰川对南极洲海平面上升的贡献最大。
面积相当于佛罗里达州的思韦茨冰川正面临迅速崩溃。研究人员为其绘制了一份消融历史轨迹图，从中可以推测冰川未来的演变趋势。
2020年发布的松岛冰川和思韦茨冰川的卫星图像显示，这两个冰川毗邻而立，出现了高度破裂的区域和开放的断裂。这两种迹象都表明，在过去十年中，冰架较薄的两个冰川上的剪切带在结构上已经变弱。根据这项研究，科学家们现在发现，思韦茨冰川从搁浅带的退缩速度接近每年2.1公里，是从2011～2019年间卫星图像上观测到的最快退缩速度的两倍。
研究人员记录了160多个平行的山脊，这些山脊是由于冰川的前沿后退并随着每日的潮汐上下波动而形成的。此外，他们分析了水下约半英里处的肋状构造，确定每一条新肋状构造可能都是在一天内形成的。
2018年10月和2020年2月，思韦茨冰川发生了大规模的崩解事件，当时发生了史无前例的冰架撤退。这使得松岛冰川和思韦茨冰川上的冰架对海洋、大气和海冰中的极端气候变化更加敏感。研究人员认为，如果思韦茨和松岛发生动荡，邻近的几个地区也会四分五裂，导致大范围的崩塌。仅思韦茨冰川就可能导致海平面上升约3米。
2．研究冰川消融带来的生态影响
发现冰川消融会使北极地区汞污染加剧。[50]2023年5月，西班牙国家研究委员会罗卡索拉诺物理化学研究所研究员赛斯·洛佩斯领导的一个国际研究团队，在《自然·地球科学》期刊上发表论文指出，由气温上升引起的冰川消融，正导致海洋向北极大气层排放更多的汞，从而给北极生态系统带来风险。
研究人员指出，在当前气候变化的背景下，冰川消融与向大气自然排放的汞增加之间存在联系，从而对北极地区的生态系统构成更大风险。洛佩斯解释说：“在极地地区，海冰在控制汞天然排放到大气方面起着关键作用。事实上，已有证据表明，永久冻土层阻止了具有挥发性的汞从海洋向大气转移。”
由于全球持续变暖，自20世纪中叶以来，北极地区的永久冻土层面积已经缩减50%以上。研究人员利用在格陵兰岛开采的冰芯样本，来研究过去的气候变化与北极地区汞含量之间的关系。研究目的，是弄清决定汞的生物地球化学循环的自然来源。汞是一种全球性污染物，也是对生物神经系统有毒的化学元素。
研究结果显示，从末次冰期向目前的气候期（始于1.1万年前的全新世）过渡期间，北极地区的汞含量有所增加，这归因于气温上升所导致的冰盖减少。当然，排放到大气中的汞不单是人为因素造成的，因为全球汞循环还受到自然来源如海洋排放和火山排放的影响。
3．研究用于监测冰川消融的新技术
推出助力监测潮汐冰川变化的新方法。[51]2015年9月，美国得克萨斯州科学家组成的一个研究小组，在《地球物理研究快报》发表题为“通过地震传感器揭示潮汐冰川底部流动变化”的论文称，他们首次使用地震传感器跟踪监测发现，阿拉斯加和格陵兰冰川融水流入了海洋。这项新技术，为科学家提供了潮汐冰川变化的监测工具。
研究人员试图通过地震引起的冰山崩解，确定随季节变化的冰震，并识别在夏季很难检测到由地震引发的噪声而被遮蔽的冰震信号。在分析导致噪音产生的潜在原因，如降雨、冰山崩解和冰川运动等的过程中，研究人员发现利用地震传感器，可以检测地震所引发的冰川融水向下渗透，以及通过冰川内部复杂的管道系统的流动过程。研究发现，融水活动与地震信号的产生具有同步性，同时该方法还可以确定冰川底部的融水量。
研究人员指出，格陵兰岛冰川及南极冰川都将流入海洋，因此需要了解这些冰川是如何运动的，以及冰川前端的消融速度。基于冰川底部流动速度，可以更好地对冰川变化进行测量。这种方法，将有利于了解冰川与海洋的耦合机制，以及其对海洋冰川潮汐的影响。
（二）探索气候影响冰架与冰盖变化的新信息
1．研究气候对南极冰架变化影响的新进展
发现大气极端条件令南极冰架更脆弱。[52]2022年4月15日，法国格勒诺布尔大学、法国国家科学研究中心乔科学家纳森·威勒主持的一个研究团队，在《通讯·地球与环境》期刊发表论文指出，2000年至2020年间，围绕南极半岛拉森冰架的冰山崩解事件(会形成新的冰山)，有60%由极端大气条件引发。这项研究认为，在未来变暖预估下，同样的过程或将使拉森C冰架面临崩溃风险。
该论文称，南极的冰架坍塌事件，被认为加速了大陆冰损失，促成海平面上升。“大气河流”是高湿的狭带，在大气中像河流一样移动。这些“流”起源于亚热带或中纬度地区，会导致热浪、海冰融化和海洋涌浪，也会导致冰山崩解、冰架坍塌。近几十年里，南极半岛的拉森A和拉森B冰架，分别于1995年和2002年急剧崩塌。这些事件被认为，与冰面融化以及风暴带来的海洋波浪相关压力有关。
为明确大气河流对南极冰架的影响，该团队研究识别出2000至2020年间21次拉森冰架崩解和坍塌事件，他们利用一种大气河流侦测算法，发现21次崩解和坍塌事件中的13次，在之前5天内发生过强大气河流登陆。
研究人员表示，未来冰盖稳定性模型，需包括短期大气行为极端条件，而非仅仅依靠平均条件。
2．研究气候对南极冰盖变化影响的新进展
⑴发现气候变化造成南极冰盖大量冰块损失。[53] 2018年6月，《自然》杂志同时发表数篇论文的合集，从多个角度探讨南极洲的过去、现在和可能的未来。其中，英国利兹大学科学家安德鲁·谢赫德主持的研究团队，在有关气候科学分析的报告里称，南极冰盖在1992年至2017年间损失了大约3万亿吨冰，相当于海平面平均上升约8毫米，而南极洲冰盖正是气候变化的一个关键指标。
南极冰盖被认为是全球气候环境变化最好的记录载体，也是海平面上升的一主要驱动因素，其中所蕴含的水足以使全球海平面升高58米。南极冰盖始于渐新世末，至少在距今500万年前就达到了目前规模。冰盖绝大部分分布在南极圈内，直径约4500千米，面积约1398万平方千米，约占南极大陆面积的98%。因此，了解目前的冰盖质量平衡，即质量损益的净值，是估计未来冰盖质量潜在变化的关键。自1989年以来，人们已对南极洲的冰块损失进行了150多次计算。
研究团队此次进行的冰盖质量平衡相互比对试验，分析了1992年到2017年期间，确定的24项基于卫星观测的独立冰盖质量平衡估算结果，并将其与表面质量平衡建模相结合。研究人员发现，在此期间，海洋驱动的冰融化导致西南极洲的冰损率，从每年530亿吨增加两倍达到1590亿吨。由于冰架崩塌，南极半岛的冰损率从每年约70亿吨增加到330亿吨。然而，东南极洲的质量平衡仍然高度不确定，接近于稳定。
研究团队指出，关于冰盖质量平衡的评估仍有改进的可能，例如重新评估20世纪90年代获得的卫星测量结果或许会有所帮助；与此同时，持续进行卫星观测仍然至关重要。
⑵南极冰盖受气候变暖影响露出远古河流侵蚀地貌。[54] 2023年10月，英国杜伦大学斯图尔特·杰美森与同事及合作者组成的一个研究小组，在《自然·通讯》期刊发表论文称，他们发现，由于气候变暖，在南极东部冰盖下露出了遥远古代河流侵蚀的地貌，它距今至少已有1400万年。
论文指出，地球气候正在快速改变，即将达到3400万～1400万年前的典型温度，那时比现在高出3℃～7℃。理解过去南极冰盖如何改变有助于提供信息，了解它在气候持续变化的未来可能如何演变。这一点非常重要，因为冰盖蕴含着的水量，相当于潜在海平面上升约60米。
探冰雷达可用于观测冰下地貌，判断冰盖在此前的改变情况。研究小组用卫星和雷达分析了南极洲奥罗拉-施密特盆地东部冰盖下的地貌，该盆地位于丹曼和托滕冰川的内陆。
研究人员发现，这里的地貌由三个被深槽分隔的河蚀高地块组成，距离冰盖边缘仅350公里。这些地块的形成早于冰川形成，当时河流流经这一地区，流向冈瓦纳超大陆解体过程中开辟出来的海岸线。冈瓦纳超大陆的解体还导致高地间形成谷地，然后高地才开始被冰川覆盖。他们研究认为，这一地区覆盖的冰在数百万年间基本保持稳定，尽管间歇有过温暖期。
研究人员总结表示，气候变暖可能会导致冰川在1400万年来首次消退到这一地区，这项研究发现增进了人们对南极东部冰盖冰川过往历史的了解。
3．研究气候对格陵兰冰盖变化影响的新进展
⑴评估格陵兰冰盖在气候变化条件下的稳定性。[55] 2023年10月，挪威北极圈大学尼尔斯·博霍夫及其同事组成的一个研究小组，在《自然》杂志发表的论文表明，如果全球升温比工业前水平高2℃左右，预计格陵兰冰盖会因为融化而急剧损失。
2002年至今，气温上升导致的格陵兰冰盖融化，估计贡献了观测到的海平面上升的20%。不过，格陵兰冰盖会如何应对未来升温仍不清楚。建模和古气候证据显示，格陵兰冰盖或在变暖和变冷曲线的多个不同配置下保持稳定。
该研究小组模拟了格陵兰冰盖在未来暖化情景下的行为，在这些情景中，气温会首先超过维持冰盖稳定的临界值，随后全球平均气温下降。研究人员认为，冰盖的稳定性，受到气温超过临界值的时间长度以及升温幅度的影响。如果全球平均气温阈值在比工业前水平高1.7℃到2.3℃之间，冰盖可能会急剧损失。
这项研究显示，如果全球平均气温涨幅能在几个世纪内下降至1.5℃，即使最大升温幅度比工业前水平高6℃或以上，这种冰损失也可以缓解。不过时间很关键：如果气温超过临界值后的降温需要不止几个世纪，那么冰盖可能依然会导致海平面上升数米。
⑵发现北格陵兰遗留冰盖随海洋暖化普遍减少。[56] 2023年11月，法国国家科学研究中心罗曼·米兰及其同事组成的一个研究小组，在《自然·通讯》杂志发表论文称，他们研究发现，北格陵兰岛冰架正在快速消退，总体积自1978年至今已减少30%以上。这些冰架一直被认为很稳定，但2000年以来已有3个完全崩塌。研究人员指出，在剩下的5个冰架中，会随海洋暖化进一步消退的冰川附近冰架，质量损失正在变得不稳定，并将带来海平面上升的严重后果。
2006年～2018年期间，格陵兰冰盖的冰损失，导致了观测到的17.3%的海平面上升。仅存的格陵兰漂浮冰架，位于格陵兰冰盖的北部边缘，能通过调节排入海洋的冰流使冰盖稳定下来。格林兰北部冰川在过去20年里才开始变得不稳定，也就是损失的冰大于形成的冰，这是因为这些冰川的一些漂浮延伸部分出现了弱化和崩塌。为了更好地预测这对海平面上升的影响，就必须确定剩余冰架变化的时间和驱动因素，以及冰川的响应。然而，这些冰架的演化以及影响它们的复杂过程，一直缺乏完整描述。
该研究小组利用数千张卫星图像以及气候建模，分析了北格陵兰冰川与气候及海洋的相互作用。他们观测到，冰架质量损失出现了显著而广泛的增加。2000年以来，他们发现海洋暖化主要导致格陵兰冰架底部出现冰损失。此外，他们发现格陵兰冰川已经开始消退，排入海洋的冰流也在增加，这与冰架损失同时发生。
研究结果显示，根据对海洋热力胁迫的未来预测，基础融化速率将持续上升或保持在高水平，这可能会破坏格陵兰冰川的稳定性。研究人员认为，如果冰架完全崩塌，格陵兰北部冰川可能会极大促进冰盖导致的海平面上升。
4．研究冰盖融化对海平面影响的新进展
首次找到冰盖融化所致海平面指纹的直接证据。[57]2017年9月，加利福尼亚大学欧文分校和美国航空航天局喷气推进实验室联合组成的一个研究团队，在《地球物理通讯》杂志上发表研究报告说，他们利用卫星数据首次观测到了“海平面指纹”，这将帮助人们预测不同区域海平面的变化趋势，更好地应对气候变化。
所谓海平面指纹，是指冰盖融化导致全球海平面格局的变化。或者说，冰盖融化会改变海面地形，导致各处海平面的升降程度不同，形成海平面指纹。有关海平面指纹的理论研究已经相当深入，但这是科学家首次发现海平面指纹的直接证据。
该研究团队利用美国航空航天局的两颗卫星，从2002年4月到2014年10月收集到的重力数据，计算出海平面指纹，并用海底压力观测数据进行验证。
研究人员说，他们计算了从陆地和大气进入海洋的淡水质量，并绘制出这些淡水在时间和空间上的分布模式。在这段时间里，全球海平面平均每年上升1.8毫米，中低纬度海域上升幅度较大，两极部分海域在短暂上升之后转为下降。海洋里增加的淡水质量约有43%来自格陵兰岛冰盖，16%来自南极，其余来自山脉冰川。
冰盖本身具有巨大质量，会对下方的地壳形成压力，其引力则会使周围海水向冰盖聚拢。冰盖融化后，压力和引力都消失，导致地球局部重力分布发生改变，还会使地球自转轴偏转。这些因素加在一起会使海面地形发生很大变化，不同冰盖带来的影响也不同。研究人员说，根据这项研究，他们可以预测全球海洋中任意地点海平面高度因冰川融化而发生的变化。
