研究:困在格陵蘭島厚冰層下的水泡或能提供關鍵的水文見解

據媒體報導,根據一項新研究,困在格陵蘭冰蓋厚厚的內部的水「水泡」可能為深入了解地球第二大冰體下面的水文網絡–以及氣候變化可能如何破壞它的穩定–提供關鍵的見解。每年,數千個天然融水湖在冰蓋內部的高海拔表面形成,那里的冰可能超過半英里厚。

研究:困在格陵蘭島厚冰層下的水泡或能提供關鍵的水文見解

隨著這些湖泊的流失,它們在冰和基岩之間形成了巨大的充滿水的洞穴。

通過野外觀察並結合數學模型和實驗室實驗,有普林斯頓大學領導的研究團隊發現,這些水泡推動冰層表面向上,然後隨著水滲透到冰下的排水系統讓其逐漸下降。相關研究報告已發表在《Nature Communications》上。

研究小組首次表明,由湖泊快速排水引起的冰蓋的上升和下降可以用來估計一種被稱為透射率的特性,該特性描述了在冰和基岩之間形成的水網的效率。研究人員報告稱,湖泊排水為測量冰原內陸地區的透過率提供了一種新的工具,在那里透過率很難測量。他們發現,在格陵蘭島的夏季融化季節,透射率可以增加多達兩個數量級。

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該研究的論文第一作者、普林斯頓大學地球科學、大氣和海洋科學助理教授Ching-Yao Lai表示,這些發現可能會闡明,隨著地球變暖和表面融化增加,氣候變化將如何影響格陵蘭島廣闊的冰凍內部。她指出,地表融化產生的水可以起到潤滑劑的作用,進而使冰川變得更容易在基岩上滑動。

Lai表示,現有的研究表明,表面融化影響格陵蘭冰蓋穩定性的主要途徑是融水潤滑冰蓋床。然而這些研究大多集中在冰蓋較薄的低海拔地區。Lai指出,以前的研究還表明,表面融化的增加可能會加速高海拔、內部冰蓋的速度,但這些發現是基於計算模型,而非觀測。

「我們知道,隨著未來氣候變暖,地表融化區可能會擴大並遷移到比目前觀測到的更高的海拔。然而一個有待回答的大問題是,在內陸地區,傳播率能增加多少,」Lai說道。

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她還說道:「一個潛在的影響是,表面融化和冰川下水網發展之間的聯系可能不僅在目前觀察到的低海拔地區被激活而且在高海拔地區也會被激活。為了真正了解當冰川融化遷移到海拔更高的地區時會發生什麼,需要對冰川下透過率的季節性變化做出更多的觀察。」

在研究過程中,研究人員通過利用GPS數據和2006年至2012年間發生的5次湖泊排水事件的實地觀測估算出了排水量,另外還觀察了湖泊排水引起的地表位移和隨後的水皰形成。

這項研究的論文合著者Laura Stevens說道:「我們在GPS數據中觀察到,在五次排水事件之後,冰蓋抬升鬆弛的時間范圍很大。我們有一種暗示,鬆弛時期的這種擴散可能表明了冰川下排水系統的某些特徵。隨著具有觀察、理論和實驗方法專業知識的研究人員之間的合作,我們的理解得到了顯著提高。」

另一位合著者–Danielle Chase曾因研究流體驅動壓裂而獲得HMEI Walbridge基金研究生獎,他隨後設計了一系列實驗–用一種矽樹脂模擬可變形的冰覆蓋在代表基岩的多孔材料上。她在可變形薄片和多孔襯底之間注入流體並觀察水泡形成並流入多孔襯底所需的時間。通過跟Stone和Lai的合作,Chase還開發了一個數學模型,該模型解釋了由於水皰形成而控制表面隆起和鬆弛的物理現象。

「實驗很有幫助,因為在實驗室中,我們可以控制和測量系統中的所有參數,這讓我們可以測試我們的模型。我們還可以選擇理想的材料。該系統足夠小,可以用一隻手拿著且材料是透明的,所以我們可以直接觀察水泡的形狀以及隨時間推移滲透到多孔襯底的排水情況,」Chase說道。

據了解,這項研究的獨特之處在於,在無法控制參數的領域通過利用實驗室實驗來研究難以分析的水泡形成等自然過程。

「利用實驗室模型來更好地理解自然界中復雜的形狀變化背後的機制是很有價值的,」研究員Howard Stone說道,「在這里,實驗室實驗捕捉到了實地觀察到的主要力學特徵,這幫助我們理解了水沿著冰川床排泄時冰蓋的鬆弛情況。」

來源:cnBeta