变化中的北极（58）独一无二的海底冻土

张武昌 2023年1月7日星期六

海水是个奇妙的东西，与淡水相比，由于海水中盐分，随着盐度从零（淡水）增加到25，海水发生了两个变化，第一是密度最大值时温度从4度降低到-1度，第二是冰点从温度0度将为-1度，也就是说从盐度25度开始，随着盐度的升高，海水不再存在密度大于冰的状态，海底的海水如果丧失热量，温度降低，也会结冰，而且冰会沉到海底。

幸运的是，地球内部是热的，海洋的底部海水不是丧失热量，而是从地球内部获取热量，所以海洋的底部不会结冰。

在变化中的北极（57）中，我们讲到，从底部加热大气产生了大气的对流，在海中，从底部加热海水也会产生对流，出现底部海水温度比上层海水温度高的现象。但是这个热量太微弱了，只有在特殊的地方（海水基本停滞，流动很小）才会观测到，2006年，科学家在北冰洋的洋盆深处观测到这种奇妙的现象，

其中黑体字的站位8， 16， 17， 18 这四个站位底层的温度是一条垂直直线，说明这个层位（厚度达300到700米）内的海水混合均匀（由于对流），但是这个层位与上层最低温度的差异只有0.01度左右，这么微小的差异需要用高精度的测温仪器才能测出（真是了不起）。也正是因为温度差异太小，温差造成的密度改变也很小，底层海水不能对流到海洋表层。

但是经年累月，海底向海水释放热量的一个直接后果就是海底不能结冰，因此海底不能形成冻土。

但是海底不能形成冻土，并不表示海底没有冻土。在北冰洋的陆架之上，人们发现了大片的海底冻土（subsea permafrost）。它们是怎么形成的呢？

如上所述，它们不是在海底形成的，它们形成的时候，这片海底还是露出海面的陆地。

大约2万6千年前，地球处于冰河期，大量的水被冻结在陆地冰盖和冰川中，海面比现在低约130米，土地向大气（零下70度）散失热量，形成冻土。

后来，1万4千年前，气候逐渐变暖，冰川退缩，但是这些新从冰盖下露出的土地被冻结成（永）冻土（泥土和冰的混合物），随着海面上升，这些冻土被海水覆盖，称为海下冻土（subsea permafrost）。

海平面上升之后，海底冻土经受着上层海水和地底热量的侵蚀，逐渐变薄，有的区域甚至消失。

知道了海底冻土的成因，科学家就可以根据海底深度估计海底冻土的分布区域，而不用费力在广阔的海上打钻勘探。

下图中深蓝色是冰期最盛时依据现在海平面的海底冻土分布。现在的海底冻土分布只有下图中浅蓝色的部分（贝福特海，楚科奇海，西伯利亚海，拉夫贴夫海，卡拉海），最大厚度在100米左右。

从北半球来看，北冰洋海底冻土是北半球冻土带的北部边缘，是陆地冻土深入海底的一个楔状延伸体。

在由冰期转换为暖期的过程中，陆地冻土被上升的海平面淹没形成海底冻土，这种机制同样也会发生在南半球。但是南极大陆周边陆架较窄，且被冰架覆盖，所以目前南极海底冻土的研究较少，但是估计其面积比北极要小得多。北冰洋陆架埋藏着全球海洋独一无二的大面积的海底冻土。