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標題: 思韋茨冰川底下的暖水觀測﹐揭示未來融化速率可能超乎預期﹖ [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2021-5-18 08:48 PM 標題: 思韋茨冰川底下的暖水觀測﹐揭示未來融化速率可能超乎預期﹖

　　思韋茨冰川(Thwaites Glacier)﹐又稱末日冰川(Doomsday Glacier)﹐是南極洲西部冰蓋(ice sheet)的一部分﹐面積約為192,000平方公里﹐相當於美國堪薩斯州的大小。也因其如此大的面積﹐加上近年快速的融化速率﹐使得科學家難以預估當前全球平均海平面的上升速率。為能更準確了解冰川消融對全球的影響﹐科學家有必要找出三個關鍵問題的答案﹕第一﹐是什麼造成冰川融化速率加快﹖第二﹐造成冰川融化加快的機制有哪些﹖以及第三﹐冰川融化加快將如何影響全球平均海平面上升﹖
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　　是什麼造成南極洲冰川融化速率加快﹖在過去科學家的研究中﹐就已注意到南極洲的冰蓋﹑冰棚(ice shelf)﹐會受到周圍相對溫暖的水流影響而導致融化。然而這些溫暖的水流是如何流動﹐以及這些水流如何影響這些冰川地形﹐受限於直接觀測資料的缺乏﹐一直是一個亟欲解決的問題。直到西元2019年﹐來自美國和英國的科學家﹐透過一項科學計畫 International Thwaites Glacier Collaboration(ITGC)﹐針對思韋茨冰川進行更進一步的觀測。科學團隊們藉由多波束測深探測儀(multibeam echo-sounder ,MBES)的資料﹐試圖繪製出思韋茨冰川周圍的海床地形變化﹐以便進一步了解暖水在冰川周圍流動的路徑﹔掌握路徑分佈後﹐則可以改善模擬冰川融化的模型﹐從而提高預測全球海平面上升速率的準確性。
　　今年最新的研究中﹐科學家首次針對思韋茨冰川底下的暖水收集觀測數據。這項任務的重要性在於﹐它可以幫助科學家回答冰川底下海洋環流的基本性質是什麼﹖暖水主要是由哪一個路徑影響冰川﹖暖水可以深入冰川底下的洞穴到多遠的距離﹖以及冰川的融化速率有多大程度取決於暖水的流動﹖
　　要完整的了解暖水如何影響思韋茨冰川融化﹐首先要了解整體冰川地形的結構。從圖二可以看到﹐冰川(Glacier)屬於在陸面上緩慢流動的巨大冰體﹐而冰蓋(Ice Shelf)則為從陸地流入海洋大量的冰﹐在出海口累積成一片厚而廣大的浮冰﹐並與附近海岸線連成一體(可參考圖二)。當暖水流經冰棚底下﹐便會加速冰棚局部融化﹐而一旦冰棚融化﹐便會加快冰川流入海中的速率﹐從而加速冰川融解。第二﹐了解暖水的流動路徑及性質十分重要﹐其中路徑取決於冰川周遭的海底地形分佈。比喻來說﹐當水流經一道高牆時﹐流動的方向就會受到阻攔﹐反之當流經一個通道時﹐就會特別順暢﹔其中海脊(ridge)相對周圍地勢來得高﹐就如同那道高牆﹐而海槽(trough)則相比周遭地勢來得低﹐如同一個凹槽。因此對於暖水來說﹐海槽更像是一個容易經過的通道。
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　　目前科學家對於思韋茨冰川周圍的海床分佈已有一定了解﹐並推估出在冰川北方存在三個主要的海槽﹐分別標示為 T1﹑T2 及 T3(見下圖Ａ)﹐推斷暖水可能透過這些區域進入冰棚底下。根據觀測﹐目前已知最高的融水(meltwater)濃度出現在思韋茨海槽(Thwaites Trough)﹐然而並不了解冰棚底下暖水的流動分佈﹔此外從下圖中可知﹐在東側存在海脊﹐因此暖水相對受到東側海脊的阻擋﹐更有可能經由北側透由深海槽進入思韋茨冰川舌(Thwaites Glacier Tongue, TGT)底下。根據先前模擬模型﹐思韋茨冰川的侵蝕與海洋動力存在關係﹐且暖水主要從北側的路徑而來﹐東側進入的水體則相對少了許多﹐並僅在冰棚下流動約幾公里之遠。然而如先前所述﹐受限於觀測資料的缺乏﹐模型的模擬仍有許多改進空間。
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　　這次的研究中﹐科學家透過新的觀測數據﹐發現海槽比原本預期的還要深約100~300公尺﹐並透過其他觀測儀器﹐如自主水下載具(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)等﹐量測這些海槽中海水的性質﹐確認在T2及Ｔ3兩個海槽中存在厚度約200~300公尺的暖水﹐並透過聲學都卜勒流速剖面儀(Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP)數據的收集﹐推斷出在Ｔ2海槽中存在一向北流出的水體﹐而在T3海槽﹐則存有向南流入冰棚底部的暖水﹐該熱流約達0.9兆瓦(terawatt, TW)﹔根據推算﹐其將產生一年約85 Gt(gigatonne, 十億噸 )的融水。從先前2010~2018年所建立的數據可得知﹐該處整體冰棚的融化速率約為97.5 Gt/year﹐揭示出在T3流入的暖水可能為影響冰棚大部分消融的原因。
　　當相對高鹽度的暖水流入冰棚底部﹐失去潛熱並接觸融化的冰水後﹐水溫開始下降﹐由於與融水的混合﹐鹽度也隨之降低﹐最終提高含氧量。
　　透過這些資訊﹐科學家發現在T2海槽﹐融水的比例相對高於T3﹐尤其是位於上層向北的水流(水深400公尺內)。另外透過AUV資料的收集﹐科學家發現來自Pine Island Bay的深層水透過流經東側冰棚(Eastern Ice Shelf, EIS)底下而抵達 T3 海槽區域。該發現比原先模型所預期的深層水流動範圍更向西延伸﹐說明在EIS底下的海脊可能比原先預估的深度還要深(>1050 公尺)﹐又或者並沒有如原先所推估的延伸至北邊﹐以阻擋來自 Pine Island Bay 的深層水。
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　　根據本次研究﹐科學家總結出高比例的融水主要在西側流出﹐而另兩個深層水主要分別流入冰棚兩側﹐其中之一為先前已知由思韋茨海槽進入的暖水﹐另一個則為之前未知﹑由Pine Island Bay流入的暖水路徑。後者由於受到在地氣候條件以及Pine Island冰川融化的影響﹐意味著未來思韋茨冰川的融化速率以及該處整體冰川動力機制﹐將會比原先模型所預期的﹐更加依賴於Pine Island區域當地條件。
　　由於冰棚的存在有助於減緩冰川上冰流入海水的速率﹐當冰棚因流入的暖水融化而逐漸脫離海床(失去如路障般的作用)﹐便會反過來加速思韋茨冰川上的冰流入海中。冰川的前緣不斷融化導致朝陸地後退﹐最後高聳的冰川峭壁將承受不住自身重量﹐而快速崩解﹔一旦思韋茨冰川消失﹐會使得南極洲西側的冰蓋更不穩定﹐並可能造成連鎖崩解的效應。
　　思韋茨冰川的融化貢獻每年全球海平面上升的4%﹐而若整個冰川全部消失﹐則將造成全球海平面上升近0.5公尺的高度﹐這將進一步影響各國海岸線的分佈﹑人口的遷移﹐甚至是氣候乃至生態系統的改變。當前南極的冰川融化問題無疑對當代人類再次敲響了警鐘﹐而若人類對於氣候變遷再不做出更多具體的因應作為﹐則隨著末日冰川的消失﹐人類的末日恐怕又將更靠近一步。

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