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近年来，南极洲的冰层融化加速，人类面临海平面上升的严重威胁。因为冰架底部的海洋状态及其与冰层交互作用，直接影响着冰架的稳定性，所以为了更精确预测未来趋势，科学家迫切需要对南极洲各大冰架的底部环境有更多了解。
最近，康奈尔大学的研究小组，正利用一种名为Icefin的水下机器人，首次深入探测了南极洲最大冰架——罗斯冰架底部的海底裂缝，并发现这里存在复杂的内部循环模式，为我们理解冰架裂缝的作用提供了新的视角。
冰架裂缝的重要性
南极洲拥有90%的陆基冰量，如果南极洲的冰全部融化，将会导致海平面上升约65-70米，因此南极洲冰层的稳定，对全球海平面至关重要。
冰架底部存在大量裂缝，是冰海互动最活跃的区域。裂缝使暖水能够进入冰架底部，同时也使冷水和冰层融水流出，这种交换直接影响着冰架的融化和再冻结。
但是，直接观测冰架裂缝内部一直是个巨大的技术难题。裂缝狭窄、曲折，水深可达几千米，传统的水下潜水器难以进入，科学家只能依靠数值模型进行推算，但缺乏直接验证会导致精准度不高的问题。
Icefin机器人
为了突破这一限制，康奈尔大学的研究小组选择了新型的细长水下机器人Icefin进行了直接探测。
Icefin大约12英尺长，直径只有10英寸，配备推进器、摄像头、声呐和传感器，用于测量水温、盐度、压力等参数。
这次实验中，研究团队使用热水钻孔，在罗斯冰架上打了一个1900英尺深的孔，靠近冰架和坎布冰川的交汇处。这是研究团队研究水下条件长期影响的理想场所，因为罗斯大陆架比以前探索过的冰架更古老，使其更能代表南极洲的其他冰架，而坎布冰流则停滞不前。
在三次潜水中，Icefin被驾驶进入一个裂缝，深入150英尺，测量了这里的各项水文参数。这是人类首次直接探测冰架裂缝内部的环境状态。
复杂的内部循环
通过这次直接测量，研究人员发现冰架裂缝内部存在非常复杂的水流循环。除了预期的上升和下降流之外，还有强大的横向水流喷射进入裂缝。冷水下降时会从下部侧面进入裂缝，并在裂缝内循环上升。
他们发现，裂缝不同深度的两侧冰层融化和再冻结的速率也不相同，与水流的复杂运动直接相关。裂缝下部的强烈横向喷射将热水带入，使这里的冰层融化加速。而裂缝上部由于脱盐冷却效应，冰层再冻结速率较快。
“我们惊讶地发现，在这样狭小的空间内，水流运动模式是如此复杂多变。”康奈尔大学天文学系的极地海洋学家、研究科学家Peter Washam说：“每个特征都揭示了不同类型的环流或海洋温度与冰冻的关系。”
改进冰架稳定性预测模型
传统的冰架底部融化模型过于简化，很难反映真实的复杂水动力过程。这次直接的观测结果证实了裂缝内部存在复杂的三维环流和不均匀的冰海相互作用。
这项研究突破了长期以来直接探测冰架裂缝内部环境的技术障碍。Icefin的应用开创了冰下世界研究的新纪元。我们有望在不久的将来，利用各种新型水下机器人，大规模直接观测南极各冰架的底部裂缝，建立起高分辨率的三维观测网络。这将极大提高我们预测南极冰量变化和海平面上升的能力。
Icefin团队由天文学、地球和大气科学以及康奈尔工程学副教授、行星宜居性与技术实验室主任布兰妮·施密特(Britney Schmidt)领导。该研究还包括由奥塔哥大学教授克里斯蒂娜·胡尔贝(Christina Hulbe)领导的新西兰研究小组的成员。
这项研究由RISE UP项目(罗斯冰架和欧罗巴水下探测器)资助，该项目是美国宇航局模拟研究计划行星科学与技术的一部分，由美国国家科学基金会通过美国南极计划提供后勤支持。
浙公网安备 33010602000006号
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