科學家通過冰架震動遠程監控冰架變化

2020-11-26 科學網

 

風掠過南極羅斯冰架表面雪丘,巨大冰架表面發生震動,持續發出「震動之歌」,該現象便於科學家遠程監控冰架變化。

當風吹過南極羅斯冰架上的雪丘,巨大冰架表面就會發生震動,並產生幾乎恆定的「震動音調」。而這種現象在科學家眼裡卻是個寶,他們認為,利用這種現象可以遠程監控冰架變化。

羅斯冰架是南極最大的冰架,是由南極洲海洋巨大漂浮冰川塊構成,面積相當於美國德克薩斯州。該冰架底部支撐鄰近南極洲大陸的冰蓋,阻止冰從陸地進入海洋,其作用相當於紅酒瓶的軟木塞。

而一旦羅斯冰架坍塌,冰便能快速地從陸地進入海洋,從而導致海平面升高。由於近年來海洋和大氣溫度逐漸升高,南極洲各地冰架都在變薄,在某些情況下,冰架出現破裂或者融化。之前觀測記錄顯示,南極冰架可能會突然坍塌,並且沒有明顯的預警信息,比如2002年,南極半島的拉森B冰架就突然坍塌。

為了更好地理解羅斯冰架的物理特性,研究人員將34個非常靈敏的震動傳感器埋在積雪表面之下。2014年底至2017年初,研究人員通過這些傳感器監控冰架振動,並對冰架結構和運動研究兩年多時間。

冰架上覆蓋厚厚的積雪,通常厚度達到幾米,積雪上面覆蓋巨大沙丘,就像沙漠中的沙丘一樣。這層積雪就像底部冰層上覆蓋的「皮毛」,使下方冰層在氣溫升高時不受熱,不出現融冰。

當研究人員開始分析羅斯冰架震動數據時,發現一些奇特的現象——「皮毛」積雪一直在振動。當他們進一步分析該數據,發現風在巨大沙丘上呼嘯掠過,使冰蓋積雪發出「隆隆」響聲,就像擊打著一面大鼓。

同時,他們注意到,當天氣狀況發生變化改變雪層表面,相應地,「震動歌聲」音調也會變化。當強風吹過重新布局沙丘,或者地球表面氣溫上升或下降時,冰層會以不同頻率發生振動,這將改變震動波穿過積雪的速度。

研究報告作者、美國科羅拉多州立大學地球物理學家和數學家Julien Chaput說:「這就像在冰架上不停地吹著長笛。」目前,這項研究報告發表在《地球物理研究快報》期刊上。

Julien Chaput表示,這就像音樂家通過氣流的變化改變長笛音符音調一樣,冰架上的氣候條件通過改變其類似沙丘的地形,從而改變其振動頻率。

他指出,要麼通過加熱或者冷卻來改變雪的速度,要麼通過增加或者破壞沙丘來改變積雪「長笛」發聲的位置,這基本上就是我們能觀察到的兩種強迫效應。

美國芝加哥大學冰川學家Douglas MacAyeal稱,這種「長笛音調」頻率太低,人類耳朵是無法聽到的,但是最新研究表明,科學家能夠使用震動監測站實時監控冰架狀況。研究冰架隔熱雪層的振動,有助於科學家了解冰架是如何應對氣候變化的。

此外,冰架發出震動轟鳴聲的變化可能暗示融化池塘或者冰裂正在形成,這些跡象將暗示冰架潛在破裂的可能性。Julien Chaput說:「冰架的反應告訴我們可以追蹤到冰架極其敏感的細節情況。」(來源:中國科學報 劉奕洋)

相關論文信息:DOI:10.1029/2018GL079665

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