科学家研究气候变化对岛屿影响
时间:2017-12-07

  科学家调查岛上气候变化的影响 - 新闻 - 科学网

  来自直升机的格陵兰岛的鸟瞰图将显示这里的冰盖正在讲述一个分崩离析的故事。由水和压力引起的长裂缝表征了冰面。蓝色的融水湖继续扩大。急流静脉向西风,流向冰架末端,最终入海。

  世界上最大的融冰科学家们选择了一个灿烂的夏日来研究融化的问题,格陵兰岛边缘170万平方公里的冰架在夏天定期融化,然而在2016年,冰雪融化时间开始发生变化,并延伸到岛上,截至4月份,地表冰融化了12%,而6月份平均年融化量一般不到10%。

  融化加速

  此外,研究表明,格陵兰冰川的融化比原先预想的要快得多。从2003年到2013年,该地区融化了近2.7万亿吨冰,而不是之前估计的2.5万亿吨。根据卫星资料,研究人员发现,冰层在低空融化最为广泛,特别是在冰盖的西部边缘。

  就在参观之前,涌入的涌水冲走了固定在桥上的传感器,这是四年来第二次被冲走。我参加过很多次访问,但从来没有见过这么多的水。直升机飞行员告诉研究人员。

  在格陵兰,很多冰雪融化了。尽管格陵兰岛冰架的衰减已经司空见惯,但直到最近,大量的冰川崩解,内部冰块沉入海中,引起了相当的关注。此前的研究也显示,格陵兰岛冰盖在2011年至2014年期间融化约1万亿吨,是过去20年的两倍。冰川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。加州大学欧文分校的地球物理学家Isabella Velicogna说,速度比我们预想的要快。

  目前,科学家们渴望了解格陵兰岛为什么以及如何融化冰,因为有大量的冰雪可以将海平面升高约7米。虽然北极地区的变暖速度是世界其他地区的两倍,但单靠高温本身并不能解释格陵兰冰雪融化的快速程度。异常温暖的夏季可能会促使冰箱日益潮湿的冰架上微生物和藻类的生长,增加冰架对太阳能的吸收。此外,从低纬度飘过的烟尘似乎起了作用。

  找到罪魁祸首

  为了追踪这些复杂情况,科学家使用了卫星设备:使用图片监测冰的颜色和反射率;使用高度计测量熔化,并组织几次实地考察。通过分析冰架的变化,研究人员也希望看到生物过程和物理过程如何共同破坏冰架。

  英国布里斯托尔大学生物地球化学家马丁·特兰特说,我们非常担心新的生活会加速全球的海平面上升。

  直升机降落在雪地上,使得科学家们戴上太阳眼镜,使人眼花缭乱。但是,当英国谢菲尔德大学的乔·库克(Joe Cook)使用一台连接到传感器的微型笔记本电脑时,发现雪不像白色。它吸收部分可见光,主要是长波红外线。

  库克说,冰的变黑是由融化引起的:在融化和再冻结过程中,冰晶不再是长而尖的,而是圆润的,使冰的反射率降低了大约10%。冰雪吸收更多的太阳辐射,导致温度升高,从而加速其融化。

  调查完成后,他们回到直升机,其余的雪已经消失,露出崎岖冰滑的冰。雪仍然越来越脏,越来越黑。卫星数据显示,自2001年以来,冰架的边缘正在以每10年5%的速度变暗。早些时候的样品也显示了其他的罪魁祸首:例如,来自欧洲工厂的烟尘和加拿大的火灾也为冰融化作出了重大贡献。

  此外,研究人员量化了每种黑色药剂的相对效果,但发现了另一个可能是罪魁祸首的因素:藻类和细菌。

  冰覆盖着手指厚度的洞,每个洞都有一个熔化物,而底部有一层泥浆铺。而欧洲探险家Nils A. E. Nordenskild在150年前提出,一些叫做冰尘的泥土就是活的细菌。他们产生了其他的反馈效应:黑色冰尘捕获的太阳能不断融化冰雪,加深了空洞,为细菌创造了更有利的生存环境。

  2010年,布里斯托尔大学的微生物学家Marian Yallop在货架边发现了更多的生物:藻类。令人惊讶的是,藻类在这个极冷,高紫外线的环境下也能生存下来,并且能够承受正常的融化周期。参加今年研究的Yallop说。

  此外,布里斯托尔大学的冰川学家安德鲁·泰德斯通(Andrew Tedstone)说,早期冰融化,24小时太阳暴晒和液态水这三个因素可能加速了藻类的繁殖。这个理论可以解释2010年,2012年和2016年较暖和的夏季黑冰地区的急剧黑化现象,反之,在2015年最冷的夏季,其颜色并没有变化。

  在第三个采样点,藻类对冰雪的破坏是显而易见的。这里的景象远不是人们想象的格陵兰岛。人们可能会认为格陵兰冰盖是原始的,纯净的。英国利兹大学的大气科学家吉姆·麦奎德(Jim McQuaid)说,实际上这是一个混乱的局面:冰尘洞汇入坑洼,盆地和急流。研究人员收集棕色的雪,然后分析这些样本的DNA和其他标记,以确定藻类物种和无机污染物。

  距离最后一个采样点20公里的试验区在这里监测了几个星期,目的是确定冰雪的真实情况,并量化每个黑化因素及其对融化的影响。通过使用无人机,常规样品和一系列参考点,研究小组追踪了七个不同生态位的反射率,冰晶结构和生物活性如何演变。有了这些结果,科学家们希望最终能够使用卫星数据来推断整个格陵兰冰架的崩溃。

  从桌子和里面

  2012年,格陵兰岛异常融化。卫星资料显示,即使在格陵兰岛最冷的地区也出现融化的迹象,到了当年的7月12日,几乎有98%的冰架被淹没了液态水。记录显示,这种现象的最后一次发生是在1889年,这种现象每150年发生一次。但当时科学家无法确定这种异常熔毁的原因。

  最近公布的2012年解冻模型显示,没有太多的冰雪变黑,吸收了太多的阳光,导致融化。事实上,岛上的云量很大。相反,一个大的高压系统使得该地区气候变暖,雨量更多。

  研究人员回到他们温暖的工作室,继续努力学习更多有关在格陵兰融化的影响。其中一个关键问题是冰层下部融化的水是如何影响冰川向海洋的迁移和流出速度的,研究人员还想知道春季冰川融化的冰山如何影响夏季径流。

  最近科学家发现,在春季消融和结冰周期中,在雪面附近有大量厚约6米的冰晶。传感器数据显示,晶体可以防止冰的夏季融化渗入老雪的深层。相比之下,冰融水似乎局限于地表,从而延长了夏季的径流量。

  泰德斯通明年春天将穿越格陵兰岛东南部,需要在-30°C下行驶150公里的雪地摩托,以验证水晶现象已经普遍。这将是一个相当残酷的过程,但除了获取数据外,没有别的办法。他说。

  融雪也给实地研究带来了很多困难。研究人员面对无数的泥浆和水坑,随着周围的冰雪消失,他们不得不寻找和移动每周工作和住宿。尽管如此,他们仍然对不断变化的冰雪景观感到惊讶。麦奎德说:每天晚上,当太阳下山的时候,我们都静静地享受着这个没有人来过的神奇冰川,它将很快融化,所以没有人能够回来。 (张璋编)

  “中国科学”(2017-03-11第3版国际)