《神秘巨洞曾离奇关闭 42年后再现南极洲》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: mall
  • 发布时间:2017-10-18
  • 据外媒报道,南极洲中部近期出现了一个巨洞,面积超过美国马里兰州。科学家表示,这个巨洞在42年前就曾出现过,但后来却离奇关闭,背后的原因目前仍无法解释。

    南极威德尔海。(图片来源:NASA)

      据报道,这个巨洞属冰间湖(polynia)的一种,被称作威德尔海冰湖(Weddell Sea Polynya),早在1974年就曾被科学家观测到,当时的大小与美国俄勒冈州相若,不过就在被观测到不久后,这个巨型冰间湖突然关闭,直到2016年才被美国国家航空航天局(NASA)在同一地点观测到。

    图片来源:NASA

      研究人员指出,多数冰间湖通常都出现在海岸附近形成,但威德尔海冰湖却离海岸几百公里远,十分奇特。

      报道指出,这次重新出现后的威德尔海冰湖面积较42年前小了5倍多,不过它目前仍在持续扩大中,至于其分别在何种条件下关闭又开启,科学家还没有答案。

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    • 编译者:张灿影
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    • 南极洲威德尔海表面的冬季冰层偶尔会形成一个巨大的洞。2016 年和 2017 年出现的一个 洞引起了科学家和记者强烈的好奇心。虽然几十年前就形成了更大的冰隙,但这是海洋学家第 一次有机会真正监测南极冬季海冰这一意想不到的冰隙。 华盛顿大学领导的一项新研究结合了海冰覆盖的卫星图像、机器人 漂流器以及配备了传感器的海豹,以更好地了解这一现象。该研究探讨 了这个冰洞仅在几年内出现,的原因,以及它在更大的海洋环流中可以 发挥的作用。 “我们此前认为,海冰中的这个被称为冰间湖的大洞是十分罕见的,可能是一个已经灭绝 的过程。但 2016 年和 2017 年的事件迫使我们重新评估这一点,”主要作者 Ethan Campbell 说。 “观测结果显示,最近的冰间湖是由多种因素共同作用造成的,一种是不寻常的海洋条件,另 一种是一系列非常强烈的风暴,以近乎飓风的风力在威德尔海上空肆虐。” 这项新研究使用了南大洋碳和气候观测与建模项目(SOCCOM)的观测资料,研究表明, 当南极洲周围的风越来越靠近岸边时,它们促进了威德尔海东部更强的向上混合。当表面海洋 特别咸时(如 2016 年所见),强烈的冬季风暴可以引发翻转环流。来自深处更温暖、更咸的海 水被搅动到表面,在那里空气使水变冷,并使其比下面的水密度更大。当海水下沉时,相对温 暖约 1 摄氏度(34 华氏度)的深水会取而代之,形成一个反馈回路,使冰不能再融化。 在气候变化下,冰川融化和其他来源的淡水将使南大洋表层的密度降低,这可能意味着未 来更少的冰间湖。但这项新研究质疑了这一假设。许多模型表明,环绕南极洲的风将变得更强, 并且更接近海岸。这篇新论文表明,这将促进更多的冰间湖形成。“从本质上说,它是整个海 洋的翻转,而不是在从表面到深处的单向注入表层水,” Earle Wilson 说。 冰间湖对气候的影响之一是海洋中最深的水,称为南极底层水。这种冷而密的水潜伏在所 有其他水之下。它的形成地点和方式会影响其特性,并会对其他主要洋流产生连锁反应。大而 持久的冰间湖也会影响大气层,因为深水中含有生命形态的碳,这些碳已经沉没了几个世纪, 并在下降过程中溶解。一旦这些深水到达表面,碳就会被释放出来。坎贝尔说:“这个深层的 碳储存已被封存了数百年,在冰间湖中,它可能通过这种非常剧烈的混合在海表通风。”“如果 连续多年发生大型的碳排放事件,可能会对气候系统造成沉重打击。” (侯颖琳 编译;於维樱 审校)
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    • 编译者:pengh
    • 发布时间:2017-09-29
    • 自从詹姆斯库克船长在17世纪70年代发现水包围了地球的南部纬度以来,海洋学家一直在研究南大洋,它的物理学,以及它如何与全球水循环和气候相互作用。 通过观察和建模,科学家们早就知道太平洋、大西洋和印度洋的大、深洋流向南流动,在南极洲汇合。在进入南大洋后,他们推翻了——从更深的海洋中引入水——然后再向北移动。这一颠覆完成了全球循环循环,这对海洋吸收碳和热量很重要,对生物生产中使用的营养物质的补充,以及对冰架融化的理解。 然而,直到最近,人们还不太了解这些水颗粒到达南洋表面的混合层及其相关的时间尺度的三维结构。现在,研究人员已经发现,来自三个海洋盆地的深层、相对温暖的海水进入了南大洋,并在南极洲周围盘旋,然后到达了海洋的混合层,在那里与大气相互作用。 该研究小组包括来自麻省理工学院、斯普里斯海洋研究所、普林斯顿大学、地球物理流体动力学实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、华盛顿大学和美国国家航空航天局喷气推进实验室的科学家。发表在自然通讯杂志上的这项研究也揭示了,由于在当前的南极圈内的五个地点的地形交互作用,强涡流在这个上升流过程中起着重要的作用。研究人员还可以确定每个海洋盆地的水是如何被他们称为“螺旋阶梯”的,并且相信这一过程比之前的估计要快得多。 研究人员发现,在南大洋中,强烈的海洋大气相互作用和涡流在很大程度上推动了上升流。西风环绕南极,吹起寒冷,富含二氧化碳的表层水从南极大陆向北穿过南极环极洋流(ACC)。ACC在南大洋的北部边缘流动,不仅是世界上最强大的洋流,而且也是环绕地球的唯一主要洋流。大部分的冷水来自于冰融,由温暖的、营养丰富的水进入深度的ACC,并逐渐从大约1000-3000米深的深处涌起。 对南大洋温度和盐度的观察为这一颠覆的结构提供了线索,但直到最近,计算机模型已经足够成熟,能够运行真实的模拟,让研究人员能够研究在三维空间中上升流的变化以及上升流的结构是如何变化的。为了探索这些问题,研究人员使用了三种大气海洋模型,能够捕捉到微小尺度下的海洋环流的关键特征。然后,他们沿着虚拟的水粒子进入南大洋,在南约30个南部,在1000到3000米深的地方,他们越过了混合的层边界,被认为是200米深。在气候模型实验中使用的条件与2000年的情况相当;在这种永恒的状态下,这些都被运行了200年。在此期间,虚拟水粒子在模型中被释放。 “我们追踪了数以百万计的这些粒子,因为它们在上升。然后,我们绘制出它们的路径,我们可以确定。并分离出体积传输-多少水被移动-通过这些电流。因此,我们能够比较这些不同的区域路径有多重要,”合著者亨利德雷克说,他是麻省理工学院地球、大气和行星科学部(EAPS)的研究生,也是大气、海洋和气候项目的成员。他们还注意到,粒子到达混合层和增强涌流的地点的时间。 他们的分析显示,这些水包裹倾向于向南流动,主要是沿着大西洋、印度和太平洋的西部和东部边界流,在那里他们进入了带密度表面的ACC追踪。围绕水下地形的ACC和涡流的相互作用也在上升流过程中扮演了重要的角色。 德雷克说:“在深海里,水包裹着密度的表面。它从我们释放粒子的地方开始,然后随着你往南走,就会变得更浅。”“所以如果有一个粒子沿着相同密度的表面向南移动,它会在水柱上变得更高,直到最终密度表面与混合层相交。” 此外,在ACC的5个主要的地理位置——西南印度洋脊、克尔格伦高原、麦夸里脊、太平洋南极脊和德雷克通道——形成了湍流和高动能的区域,这有助于提高大部分的水。 德雷克说:“漩涡基本上是在南大洋的漩涡,这些漩涡对运输水域非常重要。”“如果你没有任何涡流,那水很可能会绕着南极洲转回来,回到同样的纬度。”但在涡流中,当这些粒子在这些流线中移动时,它们会到达一个高度的涡流动能,然后向南涌向下一个流线。” 研究人员还发现,到达混合层的水中有一半来自大西洋,而印度洋和太平洋各占了大约四分之一。在28-81年之后,这些水域中的大部分都越过了这个门槛。在最高分辨率模型中,这个时间尺度比非ed濒死模型所产生的估计快10倍,而这些模型更接近150-250年。澳大利亚国立大学的共同作者、普林斯顿大学的阿黛尔莫里森说,“这表明,上升流的速率对南极冰川融化与未来的气候变化是至关重要的。”她说,这些模型基本上是一致的,显示了结果的稳健性。 莫里森说:“从科学上讲,这是很重要的,因为在很长一段时间里,我们认为上升流主要是由风推动的,在南大洋周围几乎是均匀的。”“但是这里我们已经证明了上升流的结构实际上是由海底地形和涡流所控制的。” 约翰•马歇尔塞西尔和绿色电活性聚合物海洋学教授艾达,说他没有研究的一部分,研究证实,在南大洋上涌”是由涡流,但它强调重要的涡流和局部涡流的一些活动,所以它很难代表模型中没有任何漩涡。” 马歇尔说:“我认为,通讯时间尺度可能比我们想象的要快得多,因为它在内部和表面之间。” 该小组计划继续这项工作,研究海洋大气界面,水粒子轨迹,以及从北大西洋到南大洋的深水形成气候变化信号的传播。 德雷克说:“我们对将深海与海洋相连的通道的描述为未来的研究打开了大门,将深海的流体力学与热、碳、以及影响地球气候的海洋大气界面的热量交换联系起来。” ——文章发布于2017年9月26日