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新西兰惠灵顿维多利亚大学国际团队南极钻探解析冰盖命运

一支国际科考团队在距离最近的新西兰斯科特基地约700公里的冰原上,建立起一处远程营地,旨在钻取深埋于冰盖之下的泥岩与...
一支国际科考团队在距离最近的新西兰斯科特基地约700公里的冰原上,建立起一处远程营地,旨在钻取深埋于冰盖之下的泥岩与岩石样本。这些地质记录有望揭示西南极冰盖在全球变暖背景下的演变命运,为预测未来海平面变化提供关键科学依据。

西南极冰盖体量巨大,若完全融化,足以推动全球海平面上升4至5米。其向海一侧目前受到罗斯冰架的阻挡——这是全球最大的漂浮冰体,如同一道天然缓冲带,延缓了内陆冰川与冰流向海洋的倾泻。然而,随着气候持续变暖,罗斯冰架正日益脆弱。至今科学界仍不确定:全球气温升高到何种程度会引发冰架不可逆的消融,进而导致整个西南极冰盖的崩溃?

为直接获取关于这一“温度临界点”的地质证据,国际社会启动了“西南极冰盖对2℃增温的敏感性”(SWAIS2C)研究计划。该项目由新西兰地球科学研究所、惠灵顿维多利亚大学以及新西兰南极局共同牵头,协调管理钻探作业与极地后勤,汇聚了来自新西兰、美国、德国、澳大利亚、意大利、日本、西班牙、韩国、荷兰和英国等10个国家的120余位科学家。

本季,一支由29名科学家、钻探工程师、技术人员及极地作业专家组成的现场团队,已第三次奔赴南极,试图从罗斯冰架下方的克拉里冰隆处穿透500米厚的冰层,钻取长达200米的沉积物岩芯——这些圆柱状的泥岩与岩石样本,将像“地下年鉴”般承载着地球历史的密码。

除了相对年轻的地质记录,科学家预计该岩芯将包含过去2300万年以来沉积的地层,其中不乏地球历史上比现今更温暖的时期留下的痕迹。

美国宾夕法尼亚大学的SWAIS2C联合首席科学家莫莉·帕特森博士指出:“我们将通过分析样本,重建罗斯冰架在历史暖期的响应模式。这些古老记录有助于更清晰地勾勒出:达到何种温度阈值将触发西南极冰盖后退,并导致显著的海平面上升。”

研究团队将在沉积物中搜寻微小的海洋藻类化石。这类生物依赖光合作用生存,它们的存在即意味着当时冰架后退、海洋开阔。此前,尚未有人能在如此远离基地、又如此靠近西南极冰盖核心的区域,成功获取如此深度的沉积岩芯。SWAIS2C团队前两个南极夏季曾在距离克拉里冰隆约260公里的坎伯冰流3号点(KIS3)尝试钻探,均因特制钻探系统的技术故障而中断。

“这是南极科学的前沿探索,我们所尝试的在工程与后勤上皆极其复杂、充满挑战,同时也代表着世界领先的科学目标。”惠灵顿维多利亚大学兼瑞士苏黎世联邦理工学院的SWAIS2C联合首席科学家休·霍根博士表示,“前两季我们已取得重大进展,并对钻探系统进行了多项改进,为今年的成功奠定了坚实基础。”

克拉里冰隆是罗斯冰架的一个关键“锚定点”,其下海底隆起与冰架底部相接,从而锁固冰架、阻缓冰流向海移动。研究人员将通过沉积物分析,解读该锚定点近期的地质历史及其在稳定冰架中的作用。已有迹象显示,过去1100年间,此处的冰体曾多次发生固着与松脱。

“锚定点对冰架的稳定起着至关重要的作用。通过研究其下的地质特征,我们能更好地预测其在未来气候变暖、冰架可能持续后退的情况下的行为。”帕特森博士补充道。

SWAIS2C第三季作业正全力推进。值得注意的是,2024年已成为有记录以来全球地表年均温首次突破《巴黎协定》设定的1.5℃控温目标的年份。

“除非全球排放得到有效控制,否则我们将在未来5到10年内永久性跨越这一增温阈值。”霍根博士警示道,“我们所要探寻的关于西南极冰盖何时消融、消融多少的信息,对帮助全世界——尤其是居住在低洼沿海地区的6.8亿人口——更好地适应并应对海平面上升至关重要。”

一场极端的极地远征
在远离基地的冰架深处进行钻探,需要大量专业设备,不仅用于钻探本身,也用于支撑一个从零建起的营地的运转。

今年11月8日,来自新西兰南极局的六人冰面穿越小组驾驶着由极地履带车牵引的载货队列,从斯科特基地启程。车队运载着燃料、科研设备、钻探装备以及足以维持营地约八周运行的物资,踏上长达1100公里的罗斯冰架穿越之旅。途中,他们借助探地雷达侦测并规避危险的冰裂隙。

抵达克拉里冰隆后,穿越小组在冰面上平整出一条可供雪橇飞机起降的滑行道,使后续的钻探人员与科学家得以飞行抵达(直线距离700公里)。全体队员将在雪地帐篷中驻扎,并实行24小时轮班作业,以最大限度利用在这处难以抵达之地有限的科考窗口。

项目备注

SWAIS2C项目由新西兰地球科学研究所担任管理方,钻探服务由惠灵顿维多利亚大学提供。后勤支持来自新西兰南极局(项目编号K862A-2324, K862A-2425, K862A-2526, K862B-2324, K862B-2425, K862B-2526)与美国南极计划。

钻探工作主要获国际大陆科学钻探计划资助与支持。其他重要资助与物资贡献方包括:英国自然环境研究委员会、德国阿尔弗雷德·魏格纳研究所亥姆霍兹极地与海洋研究中心、德国联邦地球科学与自然资源研究所、美国国家科学基金会(多项资助编号)、德国研究基金会(多项资助编号)、日本国立极地研究所、韩国极地研究所、新西兰南极科学平台、德国应用地球物理研究所、澳新地球物理学计划以及澳新国际大洋发现计划联盟等。

本项目是国际大陆科学钻探计划在南极洲的首个钻探项目,延续了此前如ANDRILL等成功的国际南极合作研究传统。

全球约有6.8亿人口居住在海平面上升风险较高的沿海地区。即使按照当前趋势,到2100年海平面上升30厘米已不可避免;若继续高排放路径,升幅可能高达1至2米。

SWAIS2C首个野外季(2023/24南极夏季)与第二季(2024/25)均在坎伯冰流3号点进行。本季选址克拉里冰隆与之前不同之处在于:此处冰架直接坐落于海床之上,而坎伯冰流3号点下方存在一个55米深的海洋凹地。

有关克拉里冰隆钻探过程的演示动画及第二季坎伯冰流3号点作业的15分钟纪实视频,可通过项目官方渠道获取。