研究人员在南极冰层下发现地下水
研究人员在南极冰层下发现地下水
研究人员在南极冰层下发现地下水，研究人员计算出，如果他们能将地下水从沉积物中挤压到地表，将能形成一个深达220至820米的湖泊。研究人员在南极冰层下发现地下水。
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在南极洲冰层以下的沉积物中，科学家首次发现了一个巨大的地下水系统。根据日前发表在《科学》杂志上的新研究，这一地下水系统可能与湿海绵一样稠密，揭示了该地区未被勘探的部分，并可能对南极洲如何应对气候危机产生影响。
覆盖南极洲的冰盖并不是一个坚硬的整体。南极洲的研究人员近年来发现了数百个相互关联的液态湖泊和河流，它们蕴藏在冰层中。但这是第一次在冰下沉积物中发现大量液态水。
研究人员集中研究了约96.6公里宽的惠兰斯湖冰流，这是流向世界上最大的罗斯冰架的六条冰流之一。
研究人员使用大地电磁成像技术，在2018—2019年测量了地下水，并绘制了冰层下的沉积物地图。该技术可以检测冰、沉积物、基岩淡水和盐水传导的不同程度的电磁能，并根据这些不同的信息源创建地图。这项研究是第一次使用这种技术来寻找冰川下的地下水。
研究人员计算出，如果从100平方公里的沉积物中挤出地下水，那么它将形成一个220米到820米高的水柱，至少是冰层内和冰层底部浅水系统的10倍，甚至可能比这还要高得多。
该研究的主要作者、美国加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的博士后研究员克洛伊·古斯塔夫森打比方说，美国帝国大厦高达420米，
“在较浅的一端，南极冰层地下水水柱可以达到帝国大厦的一半高。在最深的一端，几乎达到了两座帝国大厦堆叠在一起的高度。这一点很重要，因为这一地区的冰下湖泊有2到15米深，仅仅只是帝国大厦的一到四层楼高”。
测绘显示，随着地下水的深入，水变得越来越咸，这是地下水系统形成的结果。
海水可能在5000至7000年前的温暖时期到达该地区，使沉积物被咸海水浸透。当冰层前进时，由上方压力和冰基摩擦产生的新鲜融水被迫进入上部沉积物。研究论文合著者、哥伦比亚大学地球与环境科学副教授克里·基称，现在它可能会继续向下过滤并混合到地下水中。
研究人员表示，需要做更多的工作来了解地下水发现的影响，特别是与气候变化和海平面上升有关的影响。
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研究人员首次发现了南极冰流下的地下水。这一发现证实了科学家们已经怀疑但直到现在还无法验证的事实。科学家们需要来自南极冰盖所有部分的数据以了解该系统如何运作以及它是如何随着时间的推移对气候作出反应而变化。
这项研究让人们看到了南极冰盖中一个以前无法进入和未被探索的部分，并且还提高了科学家对它可能影响海平面的理解。
加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的博士后研究员Chloe Gustafson指出：“冰流非常重要，因为它们将南极洲约90%的冰从内部输送到边缘。这些冰流底部的地下水可以影响它们的流动方式，从而有可能影响到南极大陆上的冰的运输方式。”
尽管研究小组只对一条冰流进行了成像，但在南极洲还有很多。Gustafson说道：“这表明，在更多的南极洲冰流下面可能有地下水。”
来自斯克里普斯海洋学和哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的一个科学家团队领导了这个项目。Gustafson和六位合作者在2022年5月6日的《科学》上报告了他们的`发现。
这项研究的报告共同作者、斯克里普斯冰川学家和斯克里普斯极地中心的共同主任Helen Amanda Fricker说道：“从我们对地球如何运作的理解来看，南极洲下面有地下水，这一直是一个假设，但我们之前一直无法测量它。”
研究人员在2018-2019年的野外季节通过使用一种称为磁电法的地面地球物理电磁(EM)方法测量地下水。该方法利用地球电场和磁场的变化来测量地下的电阻率。这项研究是第一次使用这种方法来寻找冰川冰川下的地下水。
Fricker表示：“这种技术通常没有在极地环境中使用过。这很好地证明了这项技术的威力及它不仅能给我们带来对南极洲的了解，而且还能给格陵兰岛和其他冰川地区带来多大的了解。”
自20世纪90年代以来，该技术一直在南极洲使用，但那些研究旨在对深度远低于10公里的深层地壳特征成像。然而这些研究确实产生了一个效果，即证明了科学家也可以在冰和雪上使用磁遥感技术。
Gustafson表示：“我们采用了他们的例子，并将其应用于一个浅层的水文问题，在5公里的冰下环境中。”
在过去的十年时间中，机载电磁技术被用来对麦克默多干谷的一些薄冰川和永久冰冻区下面的100到200米的浅层地下水进行成像。但这些技术只能看穿约350米的冰层。
Gustafson及其同事收集数据的惠兰斯冰川其厚度约为800米。他们的新数据填补了以前那些深层和浅层数据集之间的一个巨大空白。
哥伦比亚大学地球和环境科学副教授、斯克里普斯海洋学系校友Kerry Key指出：“我们从冰床到约五公里甚至更深的地方进行了成像。”
“我的希望是，人们将开始把电磁学视为标准南极地球物理工具箱的一部分，”Gustafson说道。
据了解，这项新研究是基于被动收集的、自然产生的磁电信号来测量电阻率的变化。
Gustafson表示，由于淡水会在他们成像中跟咸水显示出很大的不同，所以这相当于告诉了他们关于地下水的特征。
中华盛顿大学的合作者Paul Winberry提供的地震成像数据则增强了电磁测量的效果。这些数据证实了在现场团队的磁电测量之间的60英里范围内存在着埋藏在冰雪之下的厚重沉积物。
研究人员计算出，如果他们能将地下水从沉积物中挤压到地表，将能形成一个深达220至820米的湖泊。
Key指出，地下水可能存在于其他行星或卫星的类似条件下，而它们正在从其内部释放出热量。“你可以想象在液体的内部有一个冰冻的盖子，不管它是完全的液体还是液体饱和的沉积物。你可以认为我们在南极洲看到的东西可能类似于你在木卫二或其他一些冰雪覆盖的行星或卫星上发现的东西。”
此外，冰川下的地下水的存在对大量碳的释放也有影响，这些碳以前则是由适应海水的微生物群落储存的。
“地下水运动意味着有可能有更多的碳被输送到海洋中，而不是我们以前所考虑的那，”Gustafson说道。
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长期以来，研究人员一直怀疑南极洲的冰面下可能埋藏着地下水，但直到现在还没有确凿的证据。
在5月5日发表于《科学》的一项研究中，科学家给南极洲做了一个“巨型核磁共振”成像研究，并第一次绘制出冰盖下部分区域的地图。研究指出，南极洲冰面下隐藏着大量的水。
在南极洲的冰盖内，相对快速移动的冰通过冰走廊流向海洋。美国加州大学圣迭戈分校的Chloe Gustafson说：“冰流负责将南极洲90%的冰带到边缘，所以它们对于了解南极洲的冰最终如何进入海洋非常重要。”
“这有点像水滑梯。如果冰流底部有水，它就可以走得很快，但如果没有水，就走得没那么快。”她说，推动冰移动离不开液态水，因为水可以起到润滑作用，形成平整面。
研究人员已经知道，冰流和地面之间可能存在浅水池，通常是几毫米到几米深。但是Gustafson和同事想知道，在南极洲西部的惠兰斯冰流下面是否有一个更大的流动水池。
通过测量地震活动和电磁场，研究小组发现了一层千米厚的沉积物，包含了新鲜冰川水和古海水的混合物。其含水量是冰流下面较浅水池的10倍多，而且水似乎在深部区域和浅部区域之间流动。
这种明显的联系表明，地下水可能对控制冰流的速度很重要，同时这一过程对于预测气候变化对海平面的影响至关重要。
Gustafson表示：“整个南极洲冰盖含有足以导致海平面上升约57米的水。最终，我们希望了解冰从大陆流入海洋的速度，以及对海平面上升的影响。”
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