互动科普

冰川崩溃，涌向大海，速度比所有模型预测的更快。科学家正全力以赴，弄清南极大陆消融的速度及其对海平面升高的影响。

撰文 道格拉斯·福克斯（Douglas Fox） 摄影 玛丽亚·斯腾泽尔（Maria Stenzel） 翻译 冉隆华

一天，士兵们在一间屋子里吃午饭时，被巨大的轰隆声吓坏了。“声音很大，就像火山爆发那样，”布鲁克纳回忆说。他们立即冲出屋子。与他们所在小岛相连的冰架正在分离出去。变化如此猛烈，士兵们担心冰架断裂把小岛和基岩撕开，让小岛像一截木头那样滚入大海。士兵们把仪器放在脚边，如果地面开始倾斜，就向他们发出警告。熬过了几个紧张日子后，士兵们全部搭乘直升机转移到北边200千米的另一个考察站。岛留下了，地图却永远地改变了。

布鲁克纳及其同事们亲眼目睹了拉森A冰架的崩解，这是一个标志性事件。总而言之，随着南美洲南部到南极半岛最北端逐渐进入温暖的夏天，南极半岛东部的4个冰架（包括拉森A冰架）由北向南，朝着南极大陆的方向，以一种惊人的方式依次崩解。

一旦冰架消失，海湾背后堆积的高耸冰川就容易滑入大海，从而大大增加海洋容积。科学家仍然不知道是什么原因触发了冰架崩解，也不知道未来何时会发生冰架崩解。因此，他们竭力估计冰川向海洋倾泻冰的速度，以及由此引起的海平面上升幅度。

2007年，政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了一份里程碑式报告，虽然这份报告估计，到2100年，海平面的上升幅度仅为18～59厘米，但冰川学家担心，日益加速的气候变化可能使冰川消融速度提高一个数量级，使海平面上升幅度比预期高得多。冰架崩解可能正好形成这样的反馈系统。

虽然南极半岛仅拥有南极大陆冰的一小部分，但美国科罗拉多州博尔德国家冰雪数据中心冰川学家西奥多·斯坎博斯（Theodore Scambos）说，南极半岛是“一个天然实验室。它只是拉开了电影序幕，未来50～100年南极洲其余地区将陆续上演同样的景象”。

理解这个大自然所做的实验已成当务之急。科学家需要了解冰架崩解的速度及其消亡的原因，从而更好地估计未来海平面的上升幅度。

美国马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校冰盖建模者罗伯特·迪康托（Robert DeConto）说：“模型预测经常都很保守，低估了变化幅度。我们只是守着现有模型，等待数据的出现。”最近，研究人员多次考察了冰封的南极，安装了仪器，这些仪器不断提供着科学家需要的信息，基于这些数据的最新预测令人忧心忡忡。

UK211冰山历险

南极冰架消失事件的首次记录大约是在25年前。在1986年拍摄的卫星照片上还有拉森湾冰架，它是拉森A冰架的一部分，位于拉森A冰架北部，面积350平方千米。而在1988年拍摄的另一幅图像上，拉森湾冰架的大部分都不见了踪影。没有人知道到它是怎样消失的。

1995年，南半球的夏季让人们开了一些眼界。如今，拉森A冰架的崩解已经众所周知，北面60千米处的古斯塔夫王子冰架也消失了。斯坎博斯说：“王子冰架的崩解完全在意料之外。”多年来，他与英国南极调查局（British Antarctic Survey，BAS）的科学家一道，利用卫星连续监测南极大陆冰架。冰架崩解的影响已经波及整个区域。

在古斯塔夫王子冰架消失前的航拍照片中，隆起的索格仑冰川表面光滑，从大陆到海湾逐渐倾斜，缓慢移向冰架和海洋。但是，15年后，索格仑冰川景象凄凉，裂隙密布，中间下陷。古斯塔夫王子冰架消失后，索格仑冰川滑向海洋的速度比以前快了好几倍。20米宽的裂隙贯穿表面，下面600米厚的冰层变形，向海下延伸。巨大的冰山从索格仑冰川前沿分裂出去并漂走；索格仑冰川前沿与峡湾的距离现在比以前增大了15千米。

斯坎博斯说：“如果前方的冰架消失，单个冰川会突然加速流动，流向此前冰架所在的位置。不只是加速一点点，而是加速到2倍、3倍、5倍，甚至8倍。”

过了7个夏季，在2002年，拉森B冰架崩解成数百块摩天大楼大小的碎片。拉森B冰架在拉森A冰架正南边，面积约3 360平方千米。不久后，阿根廷南极研究所（Argentine Antarctic Institute）的冰川学家佩德罗·史克瓦卡（Pedro Skvarca）飞越此地，他说：“几天前，我们在曾经覆盖有300米厚冰层的地方看到了鲸。我们非常惊讶。”

漂浮冰架消失，后方的冰川也就失去了稳定它们的支撑体。崩解的结果是，超过150立方千米的冰川冰脱离陆地，进入海洋。如此巨大的重量消失，连地壳也抬升了。拉森B冰架崩解之后，研究人员在冰架西边150千米处的安特卫普岛基岩上安装了灵敏的GPS仪，观测结果表明，地质构造的抬升速度增加了2倍以上，从每年0.3厘米增加到每年0.8厘米。

正常冰架往往脱落或“崩解”出片状大的冰山，有时面积会大于4 000平方千米。但是，拉森B冰架的崩解方式大不相同。卫星仪器——中分辨率成像光谱仪（MODIS）耗时35天以上，拍摄了7张清晰的图像，这些图像显示，拉森B冰架分裂成了数百个冰山，这些冰山大约宽130米，厚160米，长1 000米。冰山形状就像俄罗斯方块游戏中纷纷落下的窄而长的几何模块，它们脱离冰架边缘，进入海洋，截面呈现冰川的蓝色。研究人员以前从来没有见过这种崩解方式。冰架崩解的机制迄今尚未确认。

2006年3月，斯坎博斯和史克瓦卡首次尝试了解冰架崩解的机制。在一个昏暗寒冷的日子，一架阿根廷海军直升机降落到一块宽阔的冰山上时，发生了可怕的侧向反弹：冰山均匀的乳白色让飞行员产生了错觉，并没有意识到旋转叶轮已经降到了危险的高度。斯坎博斯、史克瓦卡和另外4位科学家后来爬出了直升机。这座被称为UK211的冰山，3年前从距其南面385千米的拉森C冰架崩解出来，现在正漂向南极半岛北部的温暖地区。斯坎博斯等人希望把它作为冰架崩解的实验模拟物。

接着，他们在UK211冰山上建立了仪器站，名为自动met-ice地球物理学观测系统（Automated Met-Ice Geophysics Observation Systems ，AMIGOS），该系统将监测该冰山的“健康”恶化状况。GPS装置追踪冰山的位置，气象站监测风和温度，摄像机记录表面积雪融化情况。摄像机能够跟踪钻入冰山的标杆，从而显示雪融化导致的雪量减少的速度。摄像机还能够跟踪研究小组安装在冰山边缘之外2.2千米的标杆线。如果标杆线开始弯曲，就表明冰山在变软、弯曲。

斯坎博斯和史克瓦卡对UK211冰山进行了8个月追踪，利用卫星电话与AMIGOS进行交流。UK211冰山初始面积为12千米×10千米，慢慢缩小了一半。2006年11月23日，AMIGOS最后一次发回信号。几天后，UK211冰山消失了，把AMIGOS送进了海底。

UK211冰山发生过许多变化，但是在该冰山消失前的变化是积雪融化，积雪融化把冰山表面变成了水洼。斯坎博斯说，融水可能已经渗透到冰山内部，使冰山变得不稳定。但在这次观测实验中，他并没有看到冰山崩解的时刻——只是知道，哪些因素会导致冰山崩解。而且，由于UK211冰山是自由漂浮的冰山，不是冰架，斯坎博斯无法量化其崩解对冰川流动速度的影响。

解决方案

上述问题促使斯坎博斯于2010年加入了艰难而又关键的斯卡湾冰架考察活动，这个冰架是拉森B冰架崩裂后剩下的部分。ICESat卫星搭载的激光测高仪记录了冰川向拉森B冰架和斯卡湾输入冰而变薄的情况（用冰面降低表示）——可惜测高仪已于2010年年初报废。根据其他卫星的干涉合成孔径雷达（interferometric synthetic-aperture radar）所观测到的数据，我们可以获知，在一个较长时间范围内，冰架后方的冰川冰流入海洋的速度的平均值。但是，该技术不能记录冰川漂移等突发事件。自2003年以来，GRACE卫星通过地球引力变化来测定冰的减少量，但精确度不高，只能发现数百千米规模的冰川变化。

斯坎博斯预测，斯卡湾冰架将在几年之内崩解，他打算在那里安装地面传感器阵列，以记录灾变事件。2010年，我们坐在“纳撒尼尔·帕尔默”（Nathaniel B. Palmer）号破冰船里的时候，斯坎博斯说：“我们想从一开始，就能以以往卫星做不到的详细程度监测灾变过程。我们希望最终能见证‘大片上演’。”帕尔默破冰船重6 000吨，为美国南极项目服务。

在2010年1月到2月的57天里，帕尔默破冰船沿着南极半岛，破开厚达2米的季节性冰向斯卡湾冰架前进。斯坎博斯等20多位驻船科学家希望能向斯卡湾冰架靠得足够近，从而消除关键的认知盲点。

然而，考察才进行几天，他们就陷入了困境。由于洋流和海风，严重的海冰袭击南极半岛，阻止了帕尔默破冰船的前进，与斯卡湾冰架的距离始终无法进入简易直升机的飞行半径之内。这样，1月26日，斯坎博斯和另外4位冰川学家——包括美国阿拉斯加大学费尔班克斯校区的马丁·特鲁福（Martin Trufer）和艾琳·佩蒂特（Erin Pettit）——在一个英国研究站下了飞机。一架“双水獭”飞机从那里把他们送到第一现场。该小组花了三个星期时间，乘飞机在斯卡湾冰架和为之提供冰的冰川之间来回奔波。

在暴风雪平息的日子里，研究人员在斯卡湾冰架和弗莱斯克冰川下游安装AMIGOS（他们计划2013年在莱帕德冰川下游安装另一个AMIGOS）。他们在弗莱斯克冰川和莱帕德冰川更高之处建立更简单的气象站和GPS站，在可以俯瞰斯卡湾冰架的海岸悬崖峭壁上安装可操纵的摄像机。

在斯卡湾冰架上的工作过程中，斯坎博斯小组的成员经常遇到意外情况。当他们在营地周围挖掘的时候，铁锹常常陷入空洞——薄薄雪层掩盖了冰中的裂隙。有一天，连飞行员都陷进了一个齐腰深的隐藏裂隙。这些裂缝先前可能被埋在更厚的雪层下面，但是在炎热的夏季，雪层融化了，裂缝显露出来——这正是布鲁克纳和他的阿根廷士兵们所看到的拉森A冰架崩解前几天的情形。

或许在不久后的一个夏天，斯卡湾冰架就要越过临界点。融化和再结冻的反复循环将使冰架表面硬化，直到它能支撑巨大的融水洼。这些水洼将排入暴露的裂隙。随着水在裂隙中累积起来，重量会使裂缝越来越深——“像楔子一样，”斯坎博斯说——直到它们到达冰层底部，切割出细长的俄罗斯方块式的冰山。一个裂口洞穿冰架就会产生冲击波，把更接近陆地边缘的裂口震开。整个冰架可能在几天之内就崩解——也许只要几个小时。

斯坎博斯认为，斯卡湾冰架就将这样消失。他将用AMIGOS来检验这个理论。摄像机将显示融雪水洼形成、裂隙显露以及水流入裂隙的情况。标杆线照片将显示冰架受压和变形的情况。脊顶摄像机将记录冰山崩解的方式。弗里斯克冰川和莱帕德冰川上的AMIGOS将显示，随着支撑冰架的崩解，冰川流动是如何加速的。利用每个冰川上下游的考察站，斯坎博斯将看到冰川反馈的动态变化——冰川底部在上层加速之前加速，从而导致冰川像索格仑冰川那样随着裂隙而拉伸、变薄，变得伤痕累累。斯坎博斯说，斯卡湾冰架“处于崩解的边缘”。

石头、资料、剪刀

在南极半岛上，已经失去支撑冰架的冰川确实在以每年5～10米的速度变薄。这些数据来自激光高度计，以前高度计由现已失效的ICESat卫星携带，最近由飞机携带。关键问题是，12 000年前，上一次冰河时代结束以来，冰川就在逐渐变薄，现在得把这种自然变薄的速度，与前述冰川崩解的速度进行比较——特别是要确定，最近这样的冰架崩解是否确实是史无前例。帕尔默破冰船上的随船地质学家、美国伯克利地质年代学中心（Berkeley Geochronology Center）的格雷格·巴尔科（Greg Balco）希望回答这个问题。

在一个阴冷的早晨，直升机把我和巴尔科从帕尔默破冰船转送到西边30千米处的索格仑冰川。1995年，索格仑冰川的海湾冰厚600米，正好位于崩解的古斯塔夫王子冰架前面，而现在这里却只有海水了。

直升机把我们送到海湾旁边一个光秃秃的圆形山上。山顶灰白色的层叠基岩被磨成了光滑的曲线，布满打磨标志——这是在数千年前冰川流过基岩之后留下的痕迹，说明曾从这里经过的“年轻时”的索格仑冰川更厚实。巴尔科说，这些基岩被“打磨得漂亮，看起来冰川就像上周才消失”。四周散落的棕色火山巨石和花岗石明显与基岩不匹配。索格仑冰川把它们从遥远的地方带到这里，随着冰融化，就把它们丢在现在的地方。

巴尔科利用这些奇怪的岩石，推算数千年来索格仑冰川变薄的速度。他在山上择路而行，在各个高度采集岩石。回去之后，他分析岩石，测量稀有同位素铍10的含量，从而确定岩石暴露于阳光下的时间——宇宙射线照射岩石，会形成铍10。测量山上不同高度的岩石接受阳光照射的时间，巴尔科能够计算出冰川变薄的速度，以及山坡再次见到阳光的时间。

考察1年后，巴尔科分析了从索格仑冰川和德里加尔斯基冰川收集的岩石。结果表明，这两个冰川在过去4 000年里至少发生过一次大消退，古斯塔夫王子冰架和拉森A冰架这期间至少崩解过一次。

因为船舶遭遇海冰问题，巴尔科从来没有达到过拉森B冰架。不过，海洋地质学家尤金·多马克（Eugene Domack）估计了拉森B冰架的年龄，他主持了前述的2010年考察工作。多马克是美国汉密尔顿学院的环境学教授，在先前的几次考察活动中，他设法到达了拉森B冰架曾经所在之处。多马克小组在拉森B冰架崩解前的位置，从这里的海底挖掘出了数段3米长的沉积物柱。从开阔海洋下面采集的岩芯常常因硅藻这种微小的植物而呈绿色，因为硅藻死亡后会沉在海底。但是，他们钻取的岩芯不含任何海藻。冰川磨蚀产生了一层又一层奶油般的细淤泥，这表明拉森B冰架至少遮挡了这个区域11 000年。分析有孔虫（foraminafera，一类古老的原生动物，5亿多年前就出现在海洋中，能分泌钙质或硅质）外壳中的碳14含量，能确定岩芯各层的“年龄”。

多马克采集的岩芯中，最古老部分年龄有11 000年的历史。但他说，拉森B冰架可能存续了10万年，也就是最后一个冰河时代开始的时间。

巴尔科和多马克的成果可以表明，最近几千年来，南极半岛最北端的冰架已经形成、消失过了。但当冰山崩解链从南极半岛顶端朝南部大陆移动，来到拉森B冰架和斯卡湾冰架时，南极正在进入前景不妙的历史性异常阶段。

内爆，然后加速

帕尔默破冰船返回智利蓬塔阿雷纳斯港口18个月之后，斯坎博斯通过卫星，在美国博尔德的办公室里审查数据流。斯卡湾冰架仍然没有崩解，但根据地面仪器得到的数据，科学家已经得出了一些完全出人意料的结论。例如，研究者曾认为，即使半岛冰架经历了酷热夏天，冬天仍然会为它们增添新雪。但是，斯坎博斯小组在2010年11月返回考察站进行维修时，他们发现斯卡湾冰架暴露出的裂隙过于密集交错，飞机无法着陆。当“双水獭”飞机掠过斯卡湾冰架的上空时，他们在9个月前留下的引导和起落标志依然清晰可见：一个冬天过去了，应该有新雪留下，加固斯卡湾冰架，但冰架反而却离崩解更近了一步。

同年7月14日至15日，在极地冬季的深夜，发生了另一个意外。斯卡湾冰架的AMIGOS记录到了一次热浪。这里的温度突然飙升43℃，达到了暖烘烘的10℃——在博尔德就是穿衬衣的天气了。热浪由西向焚风（foehn）引起，当空气由半岛群山向下运动，受到压缩和加热就形成了焚风。与此同时，在AMIGOS安装点冰下数米埋置的热敏电阻记录到了一股暖脉冲，这表明融化的雪水在向下渗透。

没有人知道焚风的发生频率，但斯坎博斯说：“我们可能错过了一些重要事实。”过去30年，南极洲海岸线的平均风速提高了10％～15％。现在，风每年能从南极洲表面吹走500亿～1 500亿吨雪，把雪吹向海洋，它们在海洋里融化。随着风的强度增大，吹走的雪量可能增加，可能以任何人都不能预期的方式让冰架前景恶化。

此外，多马克在拉森B冰架和斯卡湾冰架周围的露头基岩上安装了三个高精度GPS，这些GPS显示，该区域目前每年抬升1.8厘米。多马克说，大量冰川消失使地壳回弹得“非常快”，远远高于150千米外一个GPS站所估计的0.8厘米。当斯卡湾冰架内爆，后方的冰川涌入海洋时，地壳抬升速率将再次增大。多马克说，测量抬升情况，就可以估算释放冰量。测量斯卡湾冰架，就可以更好地预测在更南边其他冰架消失的时候，会有多少冰消失。

更多冰架将会崩解是必然结果。0℃的夏季平均温度，似乎代表冰架可以存在的最高温度。夏季平均气温0℃等温线正沿着南极半岛顶端向更南的大陆慢慢收缩，这表明年均温度正逐渐升高。

仅仅10年间，这条看不见的线所经之处的冰架已经崩解了。紧接着，拉森C冰架就要消失，它位于拉森B冰架和斯卡湾冰架以南，面积49 000平方千米。流入拉森C冰架的冰川多于其他所有崩解冰架的总和，而在拉森B冰架北端，已经有了夏季融雪水洼。

更令人担忧的是与大陆相连的冰架——它们支撑着更大的冰川，例如派恩岛冰川、思韦茨冰川和图特恩冰川。由于洋流越来越暖和，这些冰架正从底部开始融化，而不是像拉森冰架那样，从上往下融化。结果是相同的：自1994年以来，派恩岛冰川只变薄了15％，然而它后方的巨大冰川的变薄速度加快了70％。

冰架崩解对冰川消亡的全面影响一时半会还搞不明白。2011年，斯坎博斯、特鲁福和佩蒂特发布了一项研究，他们发现一个冰川甚至在冰架消失15年后仍会继续加速流动：洛斯冰川（过去流入古斯塔夫王子冰架）的流动速度现已达到以前的9倍。

这种冰川流动加速可以解释美国航空航天局喷气推进实验室埃里克·雷格洛特（Eric Rignot）和伊莎贝拉·维利科格纳（Isabella Velicogna）的最新观测结果。他们发现，南极洲的冰损失量实际上每年大约增加25立方千米。

IPCC在2007年估计，到2010年，海平面上升18～59厘米，这个估计没有考虑任何冰架的影响。雷格洛特说，IPCC的那次估计“其实散布了错误的信息，可能与海平面的实际上升程度相差2～3倍。”他说，到2100年，“海平面很容易上升1米。”芬兰赫尔辛基大学马丁·维米尔（Martin Vermeer）在2009年发布的分析报告中预计，到2100年海平面会上升75～190厘米。

这些迹象暗示，得进一步监测拉森地区，但该区域一直在为难那些试图打探它秘密的人。在2010年帕尔默破冰船考察之前，多马克曾5次搭乘科研船到过该区域，其中3次因为严重的海冰问题而没有到达目的地。他承认：“这着实令人沮丧。”但问题的重要性迫使他和斯坎博斯重返征途。