南极冰盖的覆盖面积几乎是美国面积的两倍,它的陆地边界被巨大的漂浮冰架支撑着,这些冰架在南大洋寒冷的水面上延伸数百英里。当这些冰架崩塌到海洋中时,它们沿着南极洲边缘暴露出高耸的冰崖。所以,在地表冰原向海洋边缘运动的过程中,浮冰架对其稳定性起着重要作用。在气候变暖的情况下,冰架很容易崩解和崩塌,导致未来海平面上升幅度和速率的不确定性。
冰架大约有一公里厚,要想使高高的冰崖遭受彻底的崩塌,那就必须在数小时内拆除这些冰架,无论气候变化情况如何,这似乎都不太可能。研究发现,如果冰架在更长的时间内融化,不是几小时,而是几天或几周的时间,剩下的冰崖不会在自身重量下突然开裂和坍塌,而是会慢慢流出。目前南极海平面上升的最坏情况是90米以上的悬崖会发生灾难性的坍塌。
在气候变暖的情况下,当南极洲的冰架崩塌到海洋中时,它们暴露出高耸的悬崖峭壁或陆地上的冰。如果没有冰架的支撑,大陆上非常高的冰崖会崩塌,从而崩解到海洋中,将更高的冰崖暴露在更远的内陆地区,而这些冰崖本身也会崩塌,引发失控的冰盖退缩。目前,地球上没有比90米更高的冰崖,可能是因为更高的冰崖将会无法支撑自己的重量。那么,90米及以上的冰崖是否会坍塌,以及在什么情况下会坍塌?为了回答这个问题,他们开发了一个矩形冰块的简单模拟,来表示一个理想的冰盖(陆地上的冰),最初它是由一个同样高的冰架(水面上的冰)支撑。之后以不同的速度缩小冰架,并观察暴露在外的冰崖如何随着时间的推移而发生变化。在他们的模拟中,他们根据麦克斯韦的粘弹性模型设定了冰的力学性质或运动特征,该模型描述了一种材料从弹性的、橡胶状的响应转变为粘性的、蜂蜜状的行为方式。事实证明,冰也是一种粘弹性材料。在模式中,应用了麦克斯韦粘弹性,并改变了冰架移除的速度,研究冰崖是否会像弹性物质一样破裂和坍塌,或者像粘性液体一样流动。另外,他们模拟了从0~1000米的不同起始高度或冰厚,以及冰架崩塌的不同时间尺度的影响。最后,他们发现,当一个90米长的冰崖暴露在外时,只有在支撑冰架被迅速移除的情况下,它才会在数小时内迅速崩塌成易碎的块状。事实上,这种行为适用于高达500米的冰崖。如果冰架在较长时间内被移除,高达500米的冰崖不会在自身重量的作用下坍塌,反而会慢慢脱落。
因此,地球上最高的冰崖不太可能发生灾难性的崩塌,从而引发失控的冰盖退缩。这是因为现有记录记载的冰架消失最快速度是几周,而不是几小时,正如科学家在2002年观测到的那样,当时他们拍摄到了拉森B冰架崩塌的卫星图像——一块像罗德岛一样大的冰从南极洲分离出来,在两周的时间里破碎成成千上万的冰山。
(郭亚茹 编译,於维樱 审校)