科学家终于能够解释南极海冰上存在巨大洞穴的原因

研究人员现在知道了为什么南极洲的Maud Rise冰间湖在 2016 年和 2017 年从几乎看不到海冰到变得和瑞士一样大的原因。图为Maud Rise冰间湖及其周围海冰浓度的数据图像。图片来源：Birte Gülk

2024 年 5 月 1 日，发表在《科学进展》（Science Advances）上的一项研究揭示了科学家们一直无法理解的一个关键过程，即这种被称为"聚能区"（polynya）的开口是如何形成并持续数周的。

由南安普敦大学、哥德堡大学和加州大学圣地亚哥分校的研究人员组成的研究小组研究了Maud Rise冰间湖- 因其生长在威德尔海的水下山状地貌上而得名。

他们发现，风、洋流和海底独特的地理环境之间复杂的相互作用，将热量和盐分输送到海面上，从而产生了这种现象。

在南极洲，冬季海洋表面结冰，海冰覆盖面积约为美国大陆面积的两倍。在沿海地区，海冰每年都会出现裂口。在这里，沿海强风吹离大陆，将冰层推开，露出下面的海水。在离海岸几百公里远、水深几千米的开阔海域，海冰上形成的多旋回要罕见得多。

美国国家航空航天局卫星拍摄的Maud Rise冰间湖。当暖水被洋流带到海面上时，开阔大洋上的海冰就会形成多水层。资料来源：美国宇航局地球观测站

领导这项研究的南安普敦大学博士后研究员阿迪提亚-纳拉亚南（Aditya Narayanan）说："Maud Rise冰间湖是在 20 世纪 70 年代发现的，当时首次发射了可以观测南大洋海冰的遥感卫星。从 1974 年到 1976 年，它连续出现了几个冬天，当时的海洋学家认为这是每年都会出现的现象。但自 20 世纪 70 年代以来，它只是偶尔出现，而且间隔时间很短。"

"2017年是自上世纪70年代以来，我们第一次在威德尔海出现如此大面积和长寿的冰间湖"。

2016 年和 2017 年期间，环绕威德尔海的大型环形洋流变得更加强劲。其后果之一是，深层的暖咸水上升，使盐分和热量更容易垂直混合进入表层海水。

这项研究的共同作者、哥德堡大学物理海洋学教授法比安-罗凯（Fabien Roquet）说："这种上升流有助于解释海冰是如何融化的。但是，海冰融化会导致表层水变清，这反过来又会阻止混合。因此，必须有另一个过程才能使冰间湖持续存在。必须有额外的盐分从某个地方输入。"

研究人员利用遥感海冰地图、自主浮标和标记的海洋哺乳动物的观测数据，以及海洋状态的计算模型。他们发现，当威德尔海海流围绕冰间湖起流动时，湍流漩涡将盐分带到海山顶部。

从这里开始，一种叫做"埃克曼迁移"的过程帮助将盐分迁移到了Maud Rise的北侧，也就是多岩层最初形成的地方。埃克曼漂移是指水流与上方的风向成 90 度角移动，从而影响洋流。

合著者、南安普顿大学的阿尔贝托-纳维拉-加拉巴托教授说："埃克曼输运是增加盐分平衡、维持盐分和热量向地表水混合所必需的重要因素。"

这项研究的另一位合著者、加州大学圣地亚哥分校的萨拉-吉尔教授说："多旋回带形成后，其印记会在水中保留多年。它们会改变水的流动方式以及洋流将热量带向大陆的方式。在这里形成的浓密水域可以遍布全球海洋。"

Maud Rise冰间湖形成的一些过程，如深层咸水上涌，也在推动南大洋海冰的普遍减少。

吉尔教授补充说："自 20 世纪 70 年代开始观测以来，南大洋海冰首次出现了负增长趋势，这一趋势始于 2016 年左右。在此之前，它一直保持一定程度的稳定。"