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    南极洲下有巨大的地幔柱,这解释为何冰盖是如此不稳定

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      【博科园-科学科普】在南极冰盖下有一个大陆被河流和湖泊所覆盖,其中最大的是伊利湖的大小。在常规的一年里冰盖融化并重新冻结,导致湖泊和河流周期性地从融水中迅速地填满和流失。这一过程使得南极洲的冰冻表面更容易滑行,在一些地方上升和下降多达6米(20英尺)。

      南极洲下有巨大的地幔柱,这解释为何冰盖是如此不稳定

      在南极冰盖下流动的水的概念图。蓝点表示湖泊,线条显示河流。玛丽·伯德(Marie Byrd)的土地是通往南极半岛(左)中心的凸起的“肘”的一部分。图片版权:NSF/Zina Deretsky

      根据美国宇航局喷气推进实验室的研究人员的一项最新研究表明,在被称为“玛丽·伯德”的区域下面可能有地幔柱。这种地热热源的存在可以解释在被单下发生的一些融化,以及为什么它今天不稳定。它还可以帮助解释在过去的气候变化时期是如何迅速坍塌的。

      这项名为“南极南极地幔柱对冰层基础条件的影响”的研究最近发表在《地球物理研究杂志:固体地球》上。该研究小组由喷气推进实验室的Helene Seroussi领导,来自华盛顿大学地球和行星科学系的研究人员,以及德国亥姆霍兹极地和海洋研究中心的阿尔弗雷德·韦格纳研究所。

      南极洲下有巨大的地幔柱,这解释为何冰盖是如此不稳定

      2014年10月29日美国国家航空航天局(NASA)的“冰桥研究”(IceBridge)研究航班上的冰川。图片版权:NASA/Michael Studinger

      随着时间的推移,南极洲冰盖的运动一直是地球科学家感兴趣的一个来源。通过测量冰盖上升和下降的速度,科学家们能够估算出在该基地的何处和多少水正在融化。正是由于这些测量,科学家们首先开始推测南极冰冻表面下的热源的存在。

      在玛丽·伯德(Marie Byrd)的土地上存在地幔柱的提议是30年前由科罗拉多丹佛大学(University of Colorado Denver)的科学家韦斯利·勒马苏利(Wesley e . LeMasurier)提出的。根据他所做的研究,这是对区域火山活动和地形穹顶特征的可能解释。但直到最近,地震成像调查才提供了支持地幔柱的证据。

      然而,目前还不可能对玛丽·伯德土地下的地区进行直接测量。因此JPL的Seroussi和Erik Ivins依赖于冰原系统模型(ISSM)来证实羽流的存在。这一模型实质上是由喷气推进实验室的科学家和加州大学欧文分校的科学家们共同开发的冰层物理学的数值描述。

      为了确保模型是真实的,Seroussi和她的团队在多年的时间里观察了冰层的高度变化。这些是由美国国家航空航天局的冰、云和陆地高程卫星(ICESat)和他们的机载“冰桥行动”进行的。多年来,这些任务一直在测量南极冰盖,这使得他创造了非常准确的三维海拔地图。

      南极洲下有巨大的地幔柱,这解释为何冰盖是如此不稳定

      2014年11月2日,在南极的玛丽·伯德土地上看到的山脉和冰川的景象。图片版权:NASA / Michael Studinger

      Seroussi还增强了ISSM,包括自然资源的加热和热传输,导致冻结、融化、液态水、摩擦和其他过程。这一组合的数据对南极洲允许的熔融速率施加了强大的限制,并允许该团队运行数十个模拟,并测试了地幔柱的可能位置。

      他们发现地幔柱引起的热通量不会超过每平方米150毫瓦。相比之下,没有火山活动的地区通常会经历40到60毫瓦的壮举,而地热热点——比如黄石国家公园(黄石国家公园)——的平均温度为每平方米200毫瓦。

      在他们进行的模拟中,每平方米超过150毫瓦的模拟,与太空数据相比,熔化率太高了。除了在一个地方,那是罗斯海的内陆地区,众所周知,那里有大量的水流。这个区域需要至少150到180毫瓦的热流,以配合其观测的熔体速率。

      在这一地区,地震成像也显示,加热可能通过地幔的裂缝到达冰原。这也是与地幔柱相一致的,地幔柱被认为是在地幔中穿过地幔并在地壳中扩散的热岩浆的窄流。这种粘稠的岩浆随后在地壳下膨胀,使其向上凸起。

      南极洲下有巨大的地幔柱,这解释为何冰盖是如此不稳定

      南极冰盖在过去50年的温度变化,以摄氏度来衡量,图片版权:NASA/GSFC Scientific Visualization Studio

      当冰位于羽流上方时,这个过程将热量转移到冰盖上,从而引发了大量的融化和径流。最后,Seroussi和她的同事提供了令人信服的证据——基于地表和地震数据的结合——在南极洲西部冰原下的表面羽流。这一地幔柱形成于大约50到1.1亿年前,早在南极洲西部冰盖出现之前。

      大约11000年前,当最后一个冰河时代结束时,冰盖经历了一段时间的快速、持续的冰损失。随着全球气候模式和不断上升的海平面开始改变,温暖的海水被推向了冰原。Seroussi和Irvins的研究表明,地幔柱可能在今天促进这种快速的损失,就像在星系间期的最后一次发生时一样。

      了解南极洲西部冰原损失的来源是很重要的,因为它估计了冰层可能消失的速度,这实际上是预测气候变化的影响。鉴于地球正再次经历全球温度变化——这一次,由于人类活动——创造准确的气候模型是至关重要的,这将让我们知道极地冰层将会迅速融化,海平面将会上升。

      它还告诉我们对地球的历史和气候变化是如何联系在一起的,以及它们对地质演化的影响。


      知识:科学无国界,博科园-科学科普

      参考:NASA, Journal of Geophysical Research

      作者:Matt Williams

      来自:Universe Today

      编译:中子星

      审校:博科园

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