冰川融化是什么声音？“仿若枪响”

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撰文：DOUGLAS FOX
科学家近期发现，挤压在冰块里的微小气泡正在加速全球部分冰川的消亡。
潮水冰川——流入海中的大型冰河——当中，伴随水下冰体的稳定融化，数以亿计的气泡喷入水中，“仿佛细密的枪声，”俄勒冈州立大学（科瓦利斯）的冰川学家艾琳·佩蒂特（Erin Pettit）说。她是研究团队的成员之一。
猛烈爆出的气体搅起了包裹着冰川表面的冷水层，使不远处更加温暖的海水流卷过来与冷水相遇。接着，气泡穿过水体漂浮上升，形成了急流，也把温暖的水流带到了冰川表面。
佩蒂特研究团队在阿拉斯加的冰川上开展了研究。这里每年有超过700亿吨冰消失，构成了全球海平面上升的一大因素。
佩蒂特过去15年为了解这一重要而危险的环境所付出的努力是本次新发现的源泉。她的付出不仅能提升我们对气候变化的了解，还将解释阿拉斯加部分峡湾丰富的海豹种群骤然减少的原因。
解锁冰川消融的解剖学
很少有人意识到：冰川中布满微小的气泡。最初形成的雪经过数千年累积，在自身负重下，缓慢被压成了冰，雪花之间困住的气体便在这个过程里被挤压进了细小的空隙之中。每28立方分米的冰川冰中可包含超过500万个气泡。这些气泡被以20倍的地球大气压挤压进了冰层中。
多年以来，佩蒂特和同事们一直猜测这些气泡可能导致潮水冰川中的冰融化得更快。为了测试这个猜想，他们进行了一系列实验室实验。在美国阿拉斯加特林吉特的Xeitl Sít’潮水冰川（又叫做勒孔特冰川，LeConte Glacier），他们采集了富含气泡的冰块，将它们放入盛满海水的鱼缸中，观察冰的融化。作为对照，他们从当地冰雕艺术家手中买来了不含气泡的冰，同样进行了融化。
冰块融化产生的水比周围海水的密度小，所以会上升。这就在冰块的垂直面形成了一股上升水流——正是现实中潮水冰川前缘情形的缩影。冰川冰融化时产生的水流流速是无气泡冰融化水流流速的六倍。这是因为上升的气泡推动水流更快上行。而冰川冰的融化也更快，是无气泡冰的2.25倍。
“这一影响极其强劲。”英国南极调查局剑桥总部的极地海洋学家基斯·尼克斯（Keith Nicholls）说，他未参与这项研究，“如果自然中的情况也是如此，那问题就非常严重了。”
《自然-地球科学（Nature Geoscience）》9月8日刊登了这一发现。
“咔咔，嚓嚓，嘭”
从远处观察冰川变化时，佩蒂特第一次察觉到气泡也许十分关键。
尽管大量融化发生于潮水冰川的崩解前缘，但科学家们不愿离它们太近，因为此处饱含危险。这些位于前缘的冰川高出水面61米，形成了陡峭的墙面，随时会有四五十公斤的冰块骤然滚落，激起足以打碎或掀翻小船的巨浪。
2009年，在阿拉斯加冰湾（Icy Bay），佩蒂特尝试在安全距离内，从远处监测冰川，并使用水下传声器记录声音。她预期听到冰块从冰川崩落的声音，也许至少会有冰川下的河流喷涌而出所带来的花园水管般低沉的汩汩水流声。
但所有录制得到的主要噪声却更为连贯，“像一口正在烹煮食物的滋滋作响的平底锅——发出了咔咔，擦擦，嘭的声响。”佩蒂特说。
那些声音有120分贝，“高到爆表，”她形容道，比汽车喇叭或厨房搅拌器还要响。借给她水下传声器的华盛顿大学海洋学家杰弗瑞·尼斯图恩（Jeffrey Nystuen）甚至以为是仪器出了故障。
直到经过数年时间，在其他峡湾也采集到了录音，尼斯图恩才最终接受了佩蒂特的解释：冰块融化时的气泡爆破产生了这些声音。
气泡如何将冰川暴露于温暖的海洋
早在2015年，当佩蒂特发表观察记录时，她希望运用水下的声音监测冰块融化速率，以及融化速率在一年不同季节中的变化。直到2018年佩蒂特与一位俄勒冈州立大学新任教授就此进行讨论时，气泡的全部重要性才显现出来。
这位新任教授梅根·温格罗夫（Meagan Wengrove）研究河水湍流。当时，佩蒂特与工程师梅根（同时也是新研究的第一作者）边喝酒、边聊天，她们意识到这些气泡可能实际上将通常隔绝了冰川冰与温暖水流的薄流冷水“边界层”混合了起来。就在那个下午，她们冲出门，跑进了一家宠物店，买下了一台鱼缸——相信在即将开展的实验中会用到它。最新发表的研究的主体正是这次实验。
俄勒冈州立大学海洋学家乔纳森·纳什（Jonathan Nash）是团队的一员（他同时是佩蒂特的丈夫），他认为当冰川于阿拉斯加、加拿大、格陵兰岛等等地区流入海洋、极大变薄的时候，这些气泡可能将深埋入水的冰带到海面附近，从而发挥出最显著的融化效应。
此时的各种条件将使高度挤压的气泡进入浅层海洋（也就是海面下91米以内），由于气泡中的压强远远高于周围水压，所以它们会猛然扩散，急速上升。
纳什不认为南极冰川中的气泡也会有如此广泛扩散的影响，因为那里的冰川目前大部分在极深的位置融化，周边水压更高，削弱了气泡的爆炸效果。
气泡爆裂对海水上升意味着什么？
新的研究结果并未表示潮水冰川会以两倍于科学家预测的速度融化和消退。不过，这些新发现将帮助解开长久未决之谜：阿拉斯加、加拿大和格陵兰岛等地区潮水冰川的前缘融化速度是基于水温的科学预测融化速度的10倍。
新发现的气泡影响可以解释部分额外融化的原因，新罕布夏州汉诺佛镇达特茅斯学院的冰川学家马修·莫利海姆（Mathieu Morlighem）说。“它确实增进了我们的理解，但并未就正在发生的事情描绘一幅更加黑暗的图景。”他说。
新发现将帮助莫利海姆等科学家改进模型以更好预测在接下来的一百年中，随着海洋变暖，冰川缩减的态势。“这至关重要，”他说，“我们需要完成更多这类工作，以便更好了解海水与冰之间的相互作用，弄清楚是什么提高了融化速率。”
冰川生态系统中气泡的新理论
佩蒂特特别指出，在阿拉斯加这类地区，冰川中的气泡可能还有其他尚未发现的作用，例如改造水生态系统。
她提到，阿拉斯加许多有潮水冰川的峡湾生活着大量的斑海豹（也叫普通海豹）。它们在这些地方换毛、哺育幼崽。而在冰河湾（Glacier Bay），潮水冰川向内陆消退了数公里，这里的海豹数量减少了。
目前，佩蒂特猜测，由于饥饿的虎鲸常常通过声音找到猎物，故而气泡爆炸产生的汹涌拍击声为海豹提供了藏身之所，使它们能够避开虎鲸的侦查。起码在冰没消退到听力所及范围之外以前，气泡声将掩盖海豹的声音。
这大概是小小气泡产生惊人大规模影响的另一种方式——就像众所周知的“蝴蝶效应”：翅膀的细小扇动竟掀起了远方的风暴。
“这些亚毫米直径的气泡真的会影响全球海洋循环”和全球海平面吗？纳什先问后答：“也许它们做得到。”
（译者：绿酒）

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