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变化中的北极(60)海冰冰架消失----北冰洋死亡的第一步 精选

已有 5350 次阅读 2023-1-15 08:52 |系统分类:科研笔记

变化中的北极(60)海冰冰架消失----北冰洋死亡的第一步

 

张武昌2023115日星期日

 

 

序曲    北冰洋正在走向死亡

 

参加20199月到202010月的极星号北极漂流的科学家,惊讶于海冰的减少程度,发出北冰洋正在死亡(垂死)的感叹Arctic is dying

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北冰洋现有的事物(或特性)正在变化,目前的变化只是量变,可以认为是北冰洋正在变得衰弱。

 

当发生质变时,我们就可以说原来的北冰洋没有了,北冰洋虽然还是在这个地理位置的一汪海水,但是它的性质已经变了,原来的北冰洋就死亡了。

 

那么,北冰洋现有的不同于其他海洋的标志性的事物(或特性)有哪些呢,我认为有四点:海冰、海水的分层结构、浮游生物组成,海冰冰架(排名不分先后)。在他们当中,第一个消失(发生质变)的将是海冰冰架。

 

海冰冰架,相信大多数人都没有听说过,这是北冰洋的特有事物,且听我慢慢道来。

 

 

第一节 南极的冰川冰架

 

在南极,陆地来的冰川伸入海洋后与陆地冰川保持连接,但是由于海底逐渐变深,冰川底部受海水高温侵蚀融化,脱离海底,形成冰架ice shelf

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南极冰架高度很大,水面以上的部分足有几十米高。因为非常壮观,冰架前缘是南极旅游的重要打卡地点。

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第二节 北冰洋的海冰冰架

 

在北极也有冰架,但是除了个别的情况外,北极的冰架是由于连年的海冰冻结和降雪累积而成。北冰洋的海冰受洋流和风的影响,一直处于运动之中,南森的冰上漂流就是一个例子,所以海冰的年龄最大4-5年,厚度最大4-5米。

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北冰洋海冰的年龄

 

但是在加拿大北方的Ellesmere岛的北部,正对北冰洋的环状洋流,海冰会在此集聚,因此被称为北冰洋的最后冰区。在岛的北面,海冰终年固定在陆地上,脱离了四处漂流的命运,逐渐变厚成为冰架ice shelf,学术上叫做海冰冰架(区别于南极冰架来自陆地冰川,北极的格陵岛上也有少许不成规模的冰川冰架在几个峡湾中)。这些冰架大约在5500年前开始出现,但是目前的厚度只有30-40米左右,比南极的冰架厚度小很多。

 

冰架的表面很有特色,呈现波浪状,波长大约235米,高度3.5米。

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这些冰脊(冰谷)主要为东西向延伸。原因可能是此处的盛行风向为东向西。与下图所示的荒漠风蚀地形是一个道理。

风力侵蚀和风化作用的区别是什么? - 知乎

夏季融水汇集在冰谷中,形成长长的(最大20 千米)的融池,蔚为壮观。

Centre for northern studies (CEN)


当冰架断裂后,就会形成冰岛Ice Island(不是国家冰岛,也不叫冰山)。下图中的冰岛就是从Ward Hunt 冰架断裂下来的,它表面的波纹清晰可见。这些冰岛是1930年代以来科学家建立冰站的主要选择。

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第三节 海冰冰架正在消失

 

20世纪初还是连片的冰架(下图中的黑色虚线与岛屿之间),面积达0.9万平方千米(北冰洋面积1400万平方千米),随着全球变暖,这些冰架正在快速崩塌,面积减少90%。区域上也逐渐碎裂。自2001年起,只残存6片:MarkhamWard Hunt, Ex-Ayles, Milne, Petersen, Serson,即下图中的黑色区域2008年只剩4个冰架(Ward HuntMilnePetersenSerson)。


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这些冰架封堵了位于其南端的峡湾,于是一个神奇的现象发生了,峡湾位于南方,且陆地环绕,所以接收了陆地来水(高温),导致峡湾表层海冰(盐度极低)融化,但是这些来水并不能通过峡湾的表层(因为被冰架封堵)流入北冰洋,唯一的去路就是随着水位的增加,压力差导致峡湾中的水沿冰架的下表面流入北冰洋,久而久之,峡湾中呈现了表层是淡水,下层是海水的奇特现象,称为海上之湖epishelf lake(南极也有海上之湖)。

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A,海上之湖沿水流方向纵切面(淡水从冰架下方流入北冰洋); B,从空中向下看海上之湖

 

 

从卫星图片上看,北方的白色冰架封堵了峡湾中的蓝色海水(和没有雪层的薄冰)。就是这么神奇。

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但是随着冰架的崩塌,许多峡湾的海上之湖现象成为季节性的存在,盛夏时峡湾就会有表层缺口流入北冰洋

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2003年,当时最大的冰架Ward Hunt发生了崩塌,其封堵的海上之湖消失。目前只有Milne冰架将其峡湾常年封堵,所以这儿有北冰洋上唯一一个常年存在的海上之湖。

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2020年,Milne海上之湖的冰架发生了一次大的崩塌,40%的冰架面积丢失。随着全球变暖,Milne海上之湖的消失只是时间早晚的问题,甚至有可能很快(10年之内)就会发生。因此对Milne海上之湖的研究非常紧迫。

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研究表明,海上之湖这种特殊的生境确实有一些特殊的生态现象。2022年,科学杂志《应用和环境微生物学》的一篇论文报导Milne Fiord Epishelf Lake湖中发现了巨型病毒,比典型病毒大几倍,感染湖水中的藻类。

这不是第一次在北极发现巨型病毒。2014年,在俄罗斯的北极地区发现了一种直径1.5微米的病毒。一般的病毒直径为20250纳米,大部分为100纳米左右,1.5微米(1500纳米),是普通病毒的15倍大,因此称为巨型病毒。科学家们将其命名为西伯利亚阔口罐病毒。这种巨型病毒来自3万年前,那时,现在人类的远亲尼安德特人还没灭绝。幸运的是,这个病毒一般不感染人类,而是专门感染变形虫(又称阿米巴虫)。



结语 海冰冰架的消失是北冰洋死亡过程的第一步

 

海冰冰架的消失是北冰洋死亡的第一个征兆(进入死亡过程)。预计随后发生的顺序是水体分层结构改变、海冰完全消失(分夏季消失和进一步全年消失)、浮游生物组成变为北大西洋和北太平洋种类占主导(夏季到全年的量变)。等到四个事物(或特性)的质变都完成,现在的北冰洋就算彻底死亡了。

 

这个过程需要多少年,不好说。















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