深潜南极，水下无人机首次详细描绘南极冰架基底

人类活动导致的温室气体排放，使得全球气温持续升高。高温导致极地冰川和冰盖加速融化，海平面上升。科学家一直试图了解南极冰架融化的具体机制，尤其是冰架底部与海洋相互作用的过程。不过，南极洲环境恶劣，交通不便，开展科研难度极大，而且，冰架底部位于厚厚的冰层之下，难以直接观测，所以要深入了解地球系统，特别是极地地区的复杂过程颇为不易。

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，一项由瑞典哥德堡大学研究人员领导的国际研究团队共同完成的研究，首次通过水下无人机对南极冰架底部进行了详细的测绘，揭示了冰架融化的复杂过程。该研究成果于2024年7月31日发表在《科学进展》（Science Advances）上。

（上图：自主式水下航行器“兰”（Ran）受命潜入西南极多特森冰架的冰腔，对上覆冰层进行详细扫描。该探测任务于2022年在布满浮冰的海域展开。摄影：Filip Stedt。）

该研究团队利用一艘名为“兰”的水下无人潜航器，深入探测了位于西南极洲的多特森冰架（Dotson Ice Shelf）。这艘无人潜航器配备了先进的声纳系统，对冰架底部进行了高分辨率的扫描。通过长达27天的不间断工作，“兰”成功绘制了冰架底部的地形图，为科学家们提供了前所未有的数据。

具体来说，研究人员利用自主式水下航行器（AUV）深入多特森冰架底部，并使用向上探测的多波束声纳系统，绘制了覆盖西部、中部和东部区域，总面积达140平方公里、延伸至冰腔内17公里的高分辨率冰底地图。此外，研究人员还同步测量了冰下20至80米处的洋流、温度和盐度数据。这项独特的数据集揭示了冰架底部形态的多样性，包括侵蚀痕迹、陡峭的墙壁环绕的平坦冰平台（阶地）、基底裂缝处增强的融化，以及此前未知的、出现在高融化区域、长达20至300米、呈泪滴状的向上凹痕等。研究人员进一步证明，冰架底部形态的差异可以由多种融化机制解释，这些机制主要受洋流速度、热含量以及与基底裂缝的相互作用所控制。

（上图：为了精确测量冰底的形态，科学家们特意选用了一种多波束声呐系统。这种设备能在距离冰面约50米的地方，对冰底进行高精度扫描，最终绘制出了冰底地图。这张图由安娜·瓦林绘制，并发表在《科学进展》上。）

该论文的主要作者，哥德堡大学的安娜·瓦林（Anna Wåhlin）教授表示：“以往我们主要依靠卫星数据和冰芯来研究冰架的变化。而这次，我们直接潜入冰架内部，获得了更加直观的观测结果。这就像是第一次看到了月球的背面。”

研究结果显示，多特森冰架的底部并非平整，而是存在着复杂的凹凸地形，类似于陆地上的山丘和谷地。这些地形特征是由冰架底部强烈的洋流和地球自转共同作用形成的。更重要的是，研究人员发现，冰架底部在垂直裂缝处融化速度极快，这加速了整个冰架的退缩。

上图展示了论文中讨论的各个过程。（请注意，垂直尺度被放大了。）图源：Wåhlin, Anna, et al.

纽约大学柯朗数学科学研究所的大卫·霍兰德（David Holland）教授强调：“我们预测未来海平面上升的能力，很大程度上取决于我们对南极冰架底部情况的了解。这项研究为我们提供了宝贵的数据。”

这项研究的意义在于，它不仅揭示了南极冰架融化的复杂性，而且为科学家们提供了新的研究方向。通过对这些数据的深入分析，科学家们可以更好地理解气候变化对南极冰架的影响，从而更准确地预测未来海平面上升的速度和幅度。

海洋与湿地·小百科

【多特森冰架】

多特森冰架（Dotson Ice Shelf）是位于南极洲的一块冰架。冰架是浮在水面上的冰层，通常从大陆冰盖延伸出来，形成一个大型冰面。多特森冰架位于南极洲的西部，尤其是安哥拉湾（Amundsen Sea）的北侧。多特森冰架的研究对了解全球气候变化和南极冰盖的动态至关重要。冰架的变化可以影响全球海平面的上升，因为它们作为冰盖的“堵塞器”，防止冰川直接流入海洋。如果冰架崩溃或减少，它可以加速冰川的流动，从而加速海平面上升。

【海底无人机】

海底无人机（Autonomous Underwater Vehicle，AUV），或称自主式水下航行器、自主水下车辆，是一种可以在水下自主航行的机器人。它能根据预设程序或实时指令，执行各种水下任务，如海底地形测量、海洋生物调查、水下考古等。AUV搭载多种传感器，可在复杂水域自主航行、避障并收集数据，为海洋科学研究、海洋工程、军事等领域提供重要支持。相比于载人潜水器，AUV具有成本低、安全性高、效率高等优势，是现代海洋探索的重要工具。

【撕裂状特征】

撕裂状特征（Teardrop-Shaped Features），也可以翻译为泪滴状凹痕，是指在冰架底部高融化区域形成的形状类似撕裂水滴的地形特征。“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编发现“Teardrop”这个词在这个研究中是比较重要的一个词，一共出现了12次。这些独特的地形由冰架底部流体的旋转和复杂流动模式造成，尤其是边界层流动的影响。流体的旋转和湍流会导致底部冰层的侵蚀，形成这种类似撕裂水滴的形状。撕裂状特征的出现通常与融化速率较高的区域相关，因为这些区域的水流动能和热量较大，使得底部冰层快速变形。这些特征对于理解冰架的融化过程和评估冰架稳定性及全球海平面变化具有重要科学意义。

【冰架基底融化】

冰架基底融化（Basal Melting of Ice Shelves）是指冰架底部因与海洋水体接触而发生的融化过程。冰架是悬浮在海洋上的冰层，冰架基底融化涉及到温暖的海水与冰架底部接触，引发冰的融化。这个过程受到多种因素的影响，包括水温、盐度和水流速度等。基底融化不仅改变了冰架底部的地形，还对冰架的稳定性产生影响，从而影响到冰架对冰盖的支撑能力，进而影响全球海平面上升。

编译 | 王芊佳
审核｜Richard

参考资料略