我們對東南極洲的所有觀點都是錯誤的。
一個研究團隊探測了東南極洲最大的託滕冰川的裂縫。 圖片來源：Hayden Henderson
2015年1月一個陽光燦爛的清晨，澳大利亞RSV「南極光」號破冰船在南極洲東部打了一場敗仗。連續幾天，這艘船一直設法破開厚厚的海冰前行。那裡的海冰有若干米厚，讓船難以前行。塔斯馬尼亞大學海洋學家Stephen Rintoul幾乎放棄了目標——到達挫敗了此前所有探險的南極洲的一個區域。「我真想就那樣吧。」他說，「這又是一次失敗的嘗試。」
然後，天氣救場了。風向變化將海冰從岸邊吹開，打開了一條通道。這艘船衝破藩籬，在海冰間前行了100公裡，在午夜後不久到達了這個冰凍大陸的邊緣。Rintoul和團隊是首批抵達託滕冰蓋（面向東南極洲最大冰蓋的一塊巨大的浮動著的貼岸冰）的科學家。「那是一次非常令人愉快的經歷。」探險隊首席科學家Rintoul說。
該團隊必須在海冰再次閉合之前迅速完成工作。他們首個直接觀察證實了研究人員一直懷有的恐懼：周圍溫暖的海水會潛入浮動冰舌之下，從下方蠶食那裡的凍冰。「這可以解釋為什麼託滕冰川在過去數十年一直在衰退。」Rintoul說。
類似的相關發現揭示了東南極洲——位於南極洲橫貫山地東部的巨大遙遠大陸—— 一個令人震驚的事實。這一區域相當於整個美國的面積，其主體位於海拔達到海平面以上4093米的高原上。那裡的溫度可以降到-95℃。因為東南極冰蓋似乎很冷，而且與世隔絕，研究人員認為過去它很穩定，而未來發生變化的可能性也很小——這與西南極洲規模更小的冰蓋形成明顯對比，那裡很多冰川正在迅速退化。然而，過去幾年，「我們對東南極洲的所有觀點都是錯誤的。」澳大利亞南極洲金斯頓部門冰川學家Tas van Ommen說。
深處的危險
2013年，美國加州大學歐文分校冰川學家Eric Rignot團隊結合衛星影像資料、飛機觀察和氣候模型資料，詳細研究了南極洲邊緣的冰的變化。他們發現了包括託滕冰川在內的6個東南極洲冰蓋以前所未料的速度自底部迅速融化的證據，其中一些退化甚至可以匹敵那些西南極洲迅速退化的冰川。
在研究人員進一步了解東南極冰川之後出現了更多出乎意料的事情。1996年至2013年的衛星影像和飛機觀測資料顯示，託滕冰川的表面下降了12米，其基線向內陸令人震驚地退縮了3公裡。
「這並非單獨的事件。」英國杜倫大學冰川學家Chris Stokes說。他的團隊分析了從1974年到2012年獲得的衛星影像資料，它們涵蓋了東南極洲所有沿海區域。大多數區域並未出現海冰增加或消失。唯一的例外是威爾克斯地區域（包括託滕冰川在內的比格陵蘭島更大的一個區域）附近。從2000年到2012年，那裡有3/4的冰川退化。「威爾克斯地可能是東南極洲薄弱的腹地。」
van Ommen和同事飛到託滕冰川之上，探測其底部情況。該團隊在10年前發起了一個國際倡議ICECAP（航空地球物理分析探索冰凍層國際合作倡議），其目標是系統地調查東南極洲這個隱藏的區域。從那時起的每個南極洲夏季，ICECAP的飛機都會飛往這個大洲的上空，利用雷達和重力及磁感應器觀察那裡的凍冰。
這些飛行揭示了這個相對平坦的冰蓋下方令人驚奇的地貌。今年1月，上海中國極地研究中心冰川學家孫波帶領的團隊進行的飛機觀測最初結果確定，那裡存在一個1100公裡長的大峽谷——是世界上最長的峽谷，其深度幾乎相當於美國的大峽谷。此前在飛往威爾克斯地上空時，van Ommen的團隊發現21%的託滕冰川集水低於海平面以下1公裡，這一區域比此前估計的大100倍。「我們真的沒有料到它有那麼大。」德克薩斯州奧斯汀分校地球物理學家、ICECAP另一位項目負責人Donald Blankenship說。
該團隊還發現水下峽谷從託滕冰架邊緣延伸到距離基線125米的內陸，且深度低於海平面以下2.7公裡。這種深層波浪形地貌可以允許來自沿海的溫水迅速抵達並侵蝕冰川。
不安的過往
研究人員表示，這些場景並不是假想的。過去數年的研究已經表明，東南極洲在過去已經丟失了大量的冰，在不遠的未來仍會這樣。
其中一些證據來自於2010年綜合大洋鑽探計劃的一次探險，當時找到了東南極洲海岸附近的海底沉積物。獲得那些沉積物非常危險，船隻需要反覆停下來鑽探並躲避巨大的冰山。「南極洲的水域對大洋鑽探形成了最具挑戰性的環境。」倫敦帝國理工學院地球化學家、遠徵隊項目負責人Tina van de Flierdt說。
然而，這些工作產生了收穫，它們揭示了冰蓋歷史的驚人變化。「我們一直認為東南極洲冰蓋在約1400萬年前達到現在的規模之後就再也沒有變化。」van de Flierdt說，「這種非常穩定的大冰山不會受到氣候變化的任何影響。」
與此相反，海底沉積物表明，冰蓋在距今530萬年前到330萬年前的上新世期間曾多次退化和恢復，當時大氣溫度比今天高出2℃。「每次當氣候變暖時，我們都會得到明確的信號，這表明冰蓋對於氣候變化非常敏感。」van de Flierdt說。
研究人員說，他們還獲得了距離現在最近的間冰期（12.9萬年前至11.6萬年前）的有趣的初步結果，當時地球也像今天一樣熱。然而，當時的冰蓋退化比更加溫暖的上新世少得多。「這是個很大的意外。」van de Flierdt說。
迅速地前進
隨著東南極洲脆弱性受到關注，研究人員對未來更加擔憂。預測未來10年或1個世紀的唯一方法是使用計算機模型模擬冰蓋如何對氣候變化作出回應。但是這些模型相對簡單，直到最近它們才能精確地重現過往的事件，比如科學家在東南極洲歷史上發現的重要冰川退化。
麻薩諸塞州立大學氣候研究學者Robert DeConto和賓夕法尼亞大學氣候專家David Pollard通過加入此前其他研究中並未考慮的一些過程，設法讓模擬更加現實。他們的模型表明，東南極洲的冰川在末次盛冰期和上新世期間退化非常顯著。「這的確是匹配冰蓋模擬的首個成功的嘗試，能夠讓我們最好地了解過去的冰川退化和海平面上升。」van Ommen說。
在回顧歷史之後，研究人員把目標放在了未來。在那裡，他們看到了好消息和壞消息。在模擬中，如果氣候變暖被控制在低於1.6℃以內，那麼整個南極洲冰蓋在接下來的500年中都沒有多大變化，這與巴黎氣候協定希望實現的目標相一致。
但如果溫度到2100年比工業革命之前升高2.5℃左右並繼續攀升，那麼南極凍冰融化到2500年將使海平面升高5米，其中有近一半的水來自東南極洲。由於格陵蘭島的冰川也在融化，全球海平面至少會升高7米，足以淹沒諸如孟買、上海、溫哥華和紐約等大型沿海城市。「那樣會顯著重塑世界的海岸線並影響上億人。」DeConto說。
其中一個最令人害怕的發現是南極洲內陸中的大峽谷會隨著向海洋傾斜而變得更深。這將會讓東南極洲的巨大冰蓋變得不穩定，在未來幾十年或一百年開始分崩離析。「那樣整個冰蓋就非常容易滑落。」Blankenship說，「那時將沒什麼能夠挽回。」（晉楠編譯）
《中國科學報》 (2017-05-25 第3版 國際)