南极冰盖的“跷跷板”？冰盖下或隐藏着海平面上升的“开关”
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全球变暖导致冰川融化，海平面上升，直接威胁着沿海城市和岛国的生存。南极作为地球上最大的淡水储备库，其稳定性对全球气候系统至关重要。不过，南极极端的环境条件，也让数据的采集和分析变得困难重重。卫星和现场观测表明，南极海洋性冰盖区目前正处于变化之中，甚至可能已经出现失控性消退。
“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，一项由俄亥俄州立大学领衔的研究团队于2024年8月2日在《科学进展》期刊上发表的研究表明，南极冰盖下地壳的抬升，可能会成为未来海平面上升的重要因素。
长期以来，我们一直认为陆地是静止不动的。不过，事实并非如此。由于受到多种环境因素的影响，地球的固体部分——地壳一直在不断发生变形、下沉和隆升。在南极，随着冰川融化，覆盖在基岩上的冰层重量减轻，导致基岩逐渐抬升。研究人员发现，这种地壳抬升与上覆冰盖之间的相互作用对全球海平面上升产生了意想不到的影响。
（上图：海平面反馈与海水排出机制示意图。左栏展示了在低气候强迫下占主导地位的海平面反馈机制，其中隆起的基岩和海洋部门下方较低粘度引起的较低海平面导致接地线冰的损失减少，与不考虑这些影响的场景相比，减少了远场海平面的上升（底部面板）。右栏展示了海水排出机制，其中南极洲暴露的海洋区域继续反弹（底部面板），将水排出南极洲，导致远场海平面上升相对于刚性床的场景更高（顶部面板）。需要注意的是，这两种机制通常都是活跃的，但在低气候强迫下，海平面反馈占主导地位，GIA（冰川均衡调整）减少了WAIS（西南极冰盖）对GMSL（全球平均海平面）上升的贡献。另一方面，在强气候强迫下，冰盖退缩速度太快，无法对隆起基岩产生强烈敏感性，海平面反馈较弱，因此，无论采用刚性还是三维粘弹性变形地球模型，冰盖均以类似方式退缩，但暴露的海洋区域存在大量冰川损失和基岩隆升，采用三维变形地球模型。因此，海水排出是主要影响，加剧了南极洲对全球平均海平面上升的贡献。图源：Gomez N, Yousefi M, Pollard D, et al. ）
该研究团队通过建立模型，模拟了不同情况下南极冰盖的演变过程以及对全球海平面的影响。结果显示，如果人类能够有效控制温室气体排放，减缓全球变暖的速度，那么南极地壳的抬升将有助于减缓冰川的融化速度，从而降低海平面上升的幅度。反之，如果我们继续高排放的生活方式，冰川融化的速度将远远快于地壳抬升的速度，那就会导致更多的冰川融水流入海洋，从而加剧海平面上升。
更令人惊讶的是，研究人员发现，南极冰盖下地壳的抬升速度远高于人们之前的预期。根据极地地球观测网络（POLENET）的南极网络（ANET）收集的数据，南极冰盖下地壳的抬升速度约为每年5厘米，是北美洲抬升速度的五倍。这意味着，南极冰盖的变化对全球海平面的影响比我们想象的更为迅速和显著。
上图：南极冰盖下三维地球结构。图2A和B展示了基于地震层析成像构建的三维地球粘度结构，分别在120公里深度和思韦茨冰川下方的垂直剖面上绘制（图A中红色线所示，并在图3和图4中讨论），使用相同的粘度颜色尺度。B图中黑色实线以上的垂直轴被放大以显示冰厚和基岩高程的变化。黑色实线以下的灰色区域代表三维模型中沿剖面的岩石圈厚度，而虚线代表一维参考模型中96公里的岩石圈厚度。粘度变化相对于参考一维径向变化粘弹性模型，该模型代表南极平均值，岩石圈底部至670公里深度上地幔粘度为1020 Pa s。图A中的黑色方框显示了更高分辨率的嵌套冰盖模型模拟区域（见材料和方法），而绿色线概述了GIA模型中网格细化区域。图C中显示了三维地球模型中的岩石圈厚度（公里）。冰盖模型中1950年浮冰架的初始接地冰厚度和位置显示在冰盖模型的嵌套域（D）和大陆域（E）上。D和E中的黑线表示接地线位置。图源：Gomez N, Yousefi M, Pollard D, et al.
这项研究强调了南极冰盖与地球内部过程之间复杂而微妙的相互作用。研究人员表示，我们需要持续监测南极地区的变化，以便更准确地预测未来海平面上升的趋势。只有这样，我们才能更好地应对气候变化带来的挑战，保护沿海地区的居民。
上图：从全球导航卫星系统（GNSS）位置俯瞰惠特莫尔山脉地点，下面是靠近双水獺飞机的地震系统。图片来源：Terry Wilson / news.osu.edu
全球约有7亿人口居住在沿海地区，据估计，到本世纪末，海平面上升造成的损失将高达14万亿美金。因此，了解极地冰盖未来对全球海平面的影响至关重要。
据悉，这项研究由俄亥俄州立大学、麦吉尔大学、宾夕法尼亚州立大学、马萨诸塞大学阿默斯特分校、哥伦比亚大学、华盛顿大学、科罗拉多州立大学和关注科学家联盟的研究人员共同完成。研究得到了美国国家科学基金会和加拿大自然科学与工程研究委员会的支持。感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看全文：
Natalya Gomez, Maryam Yousefi, David Pollard, Robert M. DeConto, Shaina Sadai, Andrew Lloyd, Andrew Nyblade, Douglas A. Wiens, Richard C. Aster, Terry Wilson. The influence of realistic 3D mantle viscosity on Antarctica’s contribution to future global sea levels. Science Advances, 2024; 10 (31) DOI: 10.1126/sciadv.adn1470
上图：南极海冰。摄影：Joys ©绿会融媒·海洋与湿地（图文无关）
整理 | Wendy
编辑 | Richard
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【参考资料】
https://news.osu.edu/how-the-rising-earth-in-antarctica-will-impact-future-sea-level-rise/
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn1470
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240802170947.htm
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