一种被忽略的巨大热源

作者: Måka

来源: 微信公众号文章搜索助手

发布日期: 2022-02-28

一项新研究发现,格陵兰冰原的大量融水从表面流到底部,带来了一种之前被忽略的巨大热源,这种热源导致了冰原底部出乎意料的融化速率,对全球海平面上升有重要影响。

格陵兰冰原是仅次于南极冰原的全世界第二大冰体。虽然冰原看上去厚重而静谧,但它实际上是一种非常复杂的系统,其中还包含着许多隐秘的动态过程。尤其在每年夏天,随着气温升高和日照时间的增加,格陵兰冰原的表面会出现成千上万个融水湖,还有错综复杂的融水河。许多湖泊中的融水通过裂缝穿过厚厚的冰层,很快流到了冰原底部。由于这些源源不断的水流,冰原表面和冰川床之间往往存在着许多开放的连接通道。

这些融水对冰川的运动和流入海洋的冰量有着巨大的影响。但对科学家来说,直接测量数千米厚的冰层之下的情况极具挑战,特别是在格陵兰岛,因为那里的冰川是世界上移动得最快的。这让科学家很难深入了解格陵兰冰原的动态行为,更无法预测它未来的变化。近日,一组国际团队在新研究中发现,大量融水从冰川表面流到底部,带来了一种之前被忽略的巨大热源。

随着融水沿着裂缝向下流动,重力势能转化为热能,导致了冰原底部出乎意料的融化速率。研究已于近日发表在《美国国家科学院院刊》上。多年来,科学家一直在研究格陵兰冰原的融水湖,试图理解它们如何以及为什么能如此快速地排出融水,以及随着全球气温升高,它们会对冰原的整体行为带来怎样的影响。在这项新研究中,研究人员重点关注了施托雷冰川,这里是格陵兰冰原最大的排水出口之一。

为了测量底部融化速率,研究人员在施托雷冰川上使用了相敏无线电回声探测,这项技术曾用于测量南极洲漂浮的冰层。但与南极洲相比,格陵兰的情况更为复杂。格陵兰的冰变形速度更快,夏季的融水也更多。雷达观测显示,基底融化速率大致与气象站在表面测量到的融化率相当,这比之前认为的高出了约100倍。问题是,表面接收到了来自太阳的能量,但底部却没有。

在研究冰原和冰川底部的融化时,研究人员最关注的是热源,通常包括摩擦、地热能、水结冰时释放的潜热以及进入冰层的热损失。但几乎没有人留意到排出的融水本身产生的热。可以这么理解,冰层往往有千米厚,在表面形成的水储存着大量重力势能,当它落下时,这些能量一定得有个“去处”。研究人员首先进行了计算。他们发现,在2014年夏天,每天有多达8200万立方米的融水被转移到了施托雷冰川的底部。

团队估计,在融化高峰期,流下的水所产生的能量甚至和世界上最大的水力发电站,也就是三峡大坝产生的能量相当。格陵兰冰原的融化面积在盛夏时节会扩大到近100万平方千米,它产生的水电应该比世界上十大水电站的总和还要多。同时,为了验证雷达系统的记录,团队整合了安装在附近钻孔中的传感器的独立温度测量。他们发现,在冰川底部,水温高达+0.88℃,这对于融化点为-0.40℃的冰原底部来说格外温暖。

钻孔观测证实,融水在到达冰川床时会带来热量。原因在于,底部排水系统的效率比穿过冰层的裂缝和通道的效率要低得多。排水效率的降低导致水本身的摩擦加热增加。团队发现,如果把这个热源从计算中剔除,融化速率的理论估计整整相差了两个数量级。下降的水产生的热量正在自下而上地融化冰层,这是之前被忽略的一种热源。这项研究提出了冰层质量损失机制的第一个切实的证据。

格陵兰冰原产生的地表水量非常大,并且仍在不断增长,几乎所有水都会流到冰川床。如果再考虑到在高纬度地区目睹的气候变化,由此带来的热量是不可忽视的。格陵兰冰原现在是全球海平面上升的最大单体贡献者,但目前,大多估计都还没有包括这些数字。我们还很难确定海平面上升的长期图景,但冰川融化速率比之前想象得更快并不是一则乐观的消息。

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