南极冰川下流动的融水可能正在加速其退缩

加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所的科学家进行的一项新的南极冰盖模型研究表明，从南极冰川下方流出到海洋的融水使它们更快地失去冰。

该模型的模拟表明，这种效应足够大，足以在高温室气体排放情景下对全球海平面上升做出有意义的贡献。

目前，政府间气候变化专门委员会(IPCC) 等主要海平面上升预测模型并未考虑到这些融水从南极冰川下方流向海洋所造成的额外冰损失。如果这一过程被证明是整个南极冰盖冰损失的重要驱动因素，则可能意味着当前的预测低估了未来几十年全球海平面上升的速度。

“了解全球海平面何时上升以及上升多少对于沿海社区的福祉至关重要，”该研究的主要作者、斯克里普斯大学的博士后研究员泰勒·佩尔(Tyler Pelle)说。“数百万人生活在低洼的沿海地区，如果没有准确的海平面上升预测，我们就无法为我们的社区做好充分的准备。”

这项研究于 10 月 27 日发表在《科学进展》上，由国家科学基金会 (NSF)、NASA 以及斯克里普斯地球物理和行星物理研究所的塞西尔 H. 和艾达 M. 格林地球科学研究基金会资助，模拟了研究人员在不同的排放情景下研究了 2300 年东南极洲两座冰川的退缩，并预测了它们对海平面上升的贡献。与之前的南极冰盖模型不同，这个模型包括了融水从冰川下方流向海洋的影响，这被称为冰下排放。

该研究重点关注的两个冰川，分别是丹曼冰川和斯科特冰川，它们所含的冰足以导致海平面上升近 1.5 米(5 英尺)。在高排放情景下(IPCC的SSP5-8.5情景，假设没有新的气候政策，到2100年CO 2排放量增加20%)，该模型发现冰下排放使这些冰川对海平面上升的贡献增加了15.7%，到 2300 年，厚度将从 19 毫米(0.74 英寸)增至 22 毫米(0.86 英寸)。

这些冰川彼此相邻，位于两英里多深的大陆海沟顶部。一旦它们撤退到海沟的陡坡，它们对海平面上升的贡献预计将急剧加速。在冰下放电的影响下，该模型发现冰川退缩到这一阈值的时间比没有退缩时提前约 25 年。

“我认为这篇论文为建模界敲响了警钟。它表明，如果不考虑这一过程，就无法准确地对这些系统进行建模。”该研究的合著者、斯克里普斯地球物理和行星物理研究所的研究员 Jamin Greenbaum 说。

格林鲍姆说，除了冰下排放在加速海平面上升方面的作用尚未得到充分研究之外，一个重要的结论是人类在未来几十年里控制温室气体排放的重要性。该模型的低排放情景运行并未显示冰川一路退缩到海沟中，并避免了由此导致的海平面上升失控。

“如果这里有一个世界末日故事，那一定不是冰下放电，”格林鲍姆说。“真正的世界末日故事仍然是排放，而人类仍然是那个将手指放在按钮上的人。”

在南极洲，冰下融水是由大陆基岩上的冰融化产生的。与地面接触的冰融化的主要热量来源是冰磨过基岩的摩擦力以及地球内部渗透到地壳的地热。

此前的研究表明，冰下融水是世界各地冰川的一个共同特征，它存在于其他几个巨大的南极冰川下，包括 臭名昭著的西南极洲思韦茨冰川。

当冰下排放物流入海洋时，人们认为会加速冰川冰架的融化——冰架是一条长长的漂浮冰舌，延伸到海洋中，超出了仍然与固体地面接触的冰川最后部分(称为接地) 。线)。人们认为，冰下排放会引起海洋混合，从而在冰川浮动冰架下方的空腔内搅动额外的海洋热量，从而加速冰架融化和冰川后退。冰架融化加剧会导致上游冰川加速，从而推动海平面上升。

格林鲍姆说，冰下放电导致冰架进一步融化的观点已被科学界广泛接受。但它尚未被纳入海平面上升预测中，因为许多研究人员不确定该过程的影响是否足够大以增加海平面上升，主要是因为它的影响集中在冰川冰架周围。

佩尔表示，2021 年，他和同事观察到，考虑到当地海洋温度，南极洲东部丹曼冰川的冰架融化速度比预期的要快，冰下放电引起了他的注意。令人费解的是，尽管海洋条件几乎相同，但丹曼的邻居斯科特冰川的冰架融化速度要慢得多。

为了测试冰下排放是否可以协调丹曼冰架和斯科特冰架上的融化速度，以及冰下融水是否可能加速海平面上升，该团队结合了三种不同环境的模型：冰盖、冰之间的空间薄片和基岩，以及海洋。

研究人员将这三个模型合并为一个模型后，他们使用 NASA 超级计算机进行了一系列高达 2300 的预测。

该预测包含三种主要情景：没有额外海洋变暖的控制、低排放途径(SSP1-2.6)和高排放途径(SSP5-8.5)。对于每种情况，研究人员都在考虑和不考虑当前冰下放电水平影响的情况下进行了预测。

该模型的模拟显示，加入冰下放电可以调节登曼冰川和斯科特冰川的融化速率。至于为什么斯科特冰川的融化速度比登曼慢得多，佩尔表示，该模型显示“一条强大的冰下排放通道穿过登曼冰川接地线排水，而一条较弱的排水通道穿过斯科特冰川接地线排水。” 佩尔解释说，登曼泄洪道的强度是其快速融化的原因。

对于控制和低排放模型运行，到 2300 年，无论有或没有冰下排放，对海平面上升的贡献接近于零，甚至略有负值。但在高排放情景下，模型发现冰下排放增加了海平面2300 年，这些冰川的上升贡献从 19 毫米(0.74 英寸)上升到 22 毫米(0.86 英寸)。

在包括冰下排放在内的高排放情景中，到 2240 年，登曼冰川和斯科特冰川退缩到其下方两英里深的海沟中，比没有冰下排放的模型运行中的情况早了约 25 年。一旦登曼冰川和斯科特冰川的接地线退缩到海沟边缘，它们每年对海平面上升的贡献就会激增，达到每年 0.33 毫米(0.01 英寸)的峰值，大约是当今年海平面的一半整个南极冰盖上升的贡献。

佩尔说，海沟的陡坡是海平面上升贡献爆炸性增加的原因。当冰川沿着斜坡退缩时，其冰架开始从其前缘失去越来越厚的冰块。这种冰流失的过程很快超过了冰原内部冰的积累，导致冰川进一步退缩。研究人员将这一过程称为“海洋冰盖不稳定”，它会促进登曼和斯科特等冰川的爆炸性冰损失。

研究人员将登曼冰川和斯科特冰川下方的海沟等地形称为逆行斜坡，并担心它会形成一个积极的反馈循环，使冰川退缩导致更多的退缩。南极西部冰盖的大片地区，例如思韦茨冰川，也有逆行斜坡，虽然不像登曼-斯科特海沟那样引人注目，但会加剧人们对更广泛的冰盖不稳定的担忧。

佩尔说：“据推断，大多数(如果不是全部)南极冰川下方都有冰下融水，包括思韦茨冰川、派恩岛冰川和托滕冰川。” “所有这些冰川都在退缩并导致海平面上升，我们表明冰下放电可能会加速它们的退缩。我们迫切需要对这些其他冰川进行建模，以便我们能够了解冰下放电所产生的影响的程度。”

这项研究背后的研究人员正在这样做。佩尔表示，他们正在提交一份研究提案，将他们的新模型扩展到整个南极冰盖。

该模型的未来迭代还可能尝试将冰下环境与冰盖和海洋模型结合起来，以便冰下融水量动态响应这些其他因素。格林鲍姆说，他们模型的当前版本在整个模型运行过程中保持冰下融水量恒定，并且使其对周围环境做出动态响应可能会使模型更加真实。

格林鲍姆说：“这也意味着我们的结果可能是对冰下放电影响的保守估计。” “话虽如此，我们还不能说这个过程会加速海平面上升多少——希望不会太多。”