一种被忽略的巨大热源

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Måka，头图来自：unsplash

格陵兰冰原是仅次于南极冰原的全世界第二大冰体。虽然冰原看上去厚重而静谧，但它实际上是一种非常复杂的系统，其中还包含着许多隐秘的动态过程。

尤其在每年夏天，随着气温升高和日照时间的增加，格陵兰冰原的表面会出现成千上万个融水湖，还有错综复杂的融水河。许多湖泊中的融水通过裂缝穿过厚厚的冰层，很快流到了冰原底部。由于这些源源不断的水流，冰原表面和和冰川床之间往往存在着许多开放的连接通道。

这些融水对冰川的运动和流入海洋的冰量有着巨大的影响。但对科学家来说，直接测量数千米厚的冰层之下的情况极具挑战，特别是在格陵兰岛，因为那里的冰川是世界上移动得最快的。这让科学家很难深入了解格陵兰冰原的动态行为，更无法预测它未来的变化。

近日，一组国际团队在新研究中发现，大量融水从冰川表面流到底部，带来了一种之前被忽略的巨大热源。随着融水沿着裂缝向下流动，重力势能转化为热能，导致了冰原底部出乎意料的融化速率。研究已于近日发表在《美国国家科学院院刊》上。

施托雷冰川上的冰面湖。| 图片来源：Tom Chudley/University of Cambridge

 一种被忽略的热源  

多年来，科学家一直在研究格陵兰冰原的融水湖，试图理解它们如何以及为什么能如此快速地排出融水，以及随着全球气温升高，它们会对冰原的整体行为带来怎样的影响。

在这项新研究中，研究人员重点关注了施托雷冰川（Store Glacier），这里是格陵兰冰原最大的排水出口之一。

为了测量底部融化速率，研究人员在施托雷冰川上使用了相敏无线电回声探测，这项技术曾用于测量南极洲漂浮的冰层。但与南极洲相比，格陵兰的情况更为复杂。格陵兰的冰变形速度更快，夏季的融水也更多。

雷达观测显示，基底融化速率大致与气象站在表面测量到的融化率相当，这比之前认为的高出了约100倍。问题是，表面接收到了来自太阳的能量，但底部却没有。

在研究冰原和冰川底部的融化时，研究人员最关注的是热源，通常包括摩擦、地热能、水结冰时释放的潜热以及进入冰层的热损失。但几乎没有人留意到排出的融水本身产生的热。可以这么理解，冰层往往有千米厚，在表面形成的水储存着大量重力势能，当它落下时，这些能量一定得有个“去处”。 

科学家在施托雷冰川的冰面湖边进行了研究。| 图片来源：Tom Chudley/University of Cambridge

研究人员首先进行了计算。他们发现，在2014年夏天，每天有多达8200万立方米的融水被转移到了施托雷冰川的底部。团队估计，在融化高峰期，流下的水所产生的能量甚至和世界上最大的水力发电站，也就是三峡大坝产生的能量相当。格陵兰冰原的融化面积在盛夏时节会扩大到近100万平方千米，它产生的水电应该比世界上十大水电站的总和还要多。

同时，为了验证雷达系统的记录，团队整合了安装在附近钻孔中的传感器的独立温度测量。他们发现，在冰川底部，水温高达+0.88℃，这对于融化点为-0.40℃的冰原底部来说格外温暖。

钻孔观测证实，融水在到达冰川床时会带来热量。原因在于，底部排水系统的效率比穿过冰层的裂缝和通道的效率要低得多。排水效率的降低导致水本身的摩擦加热增加。

团队发现，如果把这个热源从计算中剔除，融化速率的理论估计整整相差了两个数量级。下降的水产生的热量正在自下而上地融化冰层，这是之前被忽略的一种热源。 

第一个切实的证据  

这项研究提出了冰层质量损失机制的第一个切实的证据。格陵兰冰原产生的地表水量非常大，并且仍在不断增长，几乎所有水都会流到冰川床。如果再考虑到在高纬度地区目睹的气候变化，由此带来的热量是不可忽视的。

格陵兰冰原现在是全球海平面上升的最大单体贡献者，但目前，大多估计都还没有包括这些数字。我们还很难确定海平面上升的长期图景，但冰川融化速率比之前想象得更快并不是一则乐观的消息。

参考来源：

https://www.cam.ac.uk/stories/greenland

https://www.pnas.org/content/119/10/e2116036119

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