先進水下測繪技術(shù)揭示永久凍土的解凍如何影響北極海底

眾多同行評議的研究表明，永久凍土的解凍造成不穩(wěn)定的土地，對重要的北極基礎(chǔ)設(shè)施，如道路、火車軌道、建筑物和機場產(chǎn)生負面影響。這些基礎(chǔ)設(shè)施的維修費用很高，而且影響和費用預(yù)計將繼續(xù)增加。

利用先進的水下測繪技術(shù)，MBARI的研究人員和他們的合作者發(fā)現(xiàn)，由于永久凍土的解凍，海底正在發(fā)生巨大的變化。在一些地區(qū)，深沉的天坑已經(jīng)形成，有些比一個城市街區(qū)的六層樓房還要大。在其他地區(qū)，被稱為Pingos的冰山已經(jīng)從海底升起。

“我們知道整個北極地區(qū)正在發(fā)生巨大的變化，但這是我們第一次能夠部署技術(shù)來看到近海也在發(fā)生變化，”MBARI的地質(zhì)學(xué)家和該研究的主要作者之一Charlie Paull說。“這項突破性的研究揭示了如何檢測海底永久凍土的解凍，然后在建立基線后進行監(jiān)測。”

雖然北極陸地永久凍土的退化部分歸因于人類驅(qū)動的氣候變化導(dǎo)致的年平均溫度上升，但研究小組在海底記錄的與海底永久凍土有關(guān)的變化來自于更古老、更緩慢的氣候轉(zhuǎn)變，與我們從上一個冰河時代的出現(xiàn)有關(guān)。類似的變化似乎已經(jīng)沿著前永久凍土的向海邊緣發(fā)生了數(shù)千年。

“這個地區(qū)的海底溫度沒有很多長期數(shù)據(jù)，但是我們所擁有的數(shù)據(jù)并沒有顯示出變暖的趨勢。海底地形的變化是由緩慢移動的地下水系統(tǒng)攜帶的熱量驅(qū)動的，”Paull解釋說。

加拿大自然資源部地質(zhì)調(diào)查局的研究科學(xué)家Scott Dallimore說：“這項研究通過過去十年的國際合作成為可能，這些合作提供了現(xiàn)代海洋研究平臺，如MBARI的自主機器人技術(shù)和由加拿大海岸警衛(wèi)隊和韓國極地研究所操作的破冰船。”他與Paull一起領(lǐng)導(dǎo)這項研究。“加拿大政府和生活在波弗特海沿岸的伊努維阿魯特人高度重視這項研究，因為所描述的復(fù)雜過程對評估地質(zhì)災(zāi)害、創(chuàng)造獨特的海洋棲息地以及我們對生物地球化學(xué)過程的理解都有影響。”

加拿大波弗特海是北極的一個偏遠地區(qū)，隨著氣候變化促使海冰的退縮，科學(xué)家們最近才得以進入。

自2003年以來，MBARI一直是國際合作的一部分，與加拿大地質(zhì)調(diào)查局、加拿大漁業(yè)和海洋部，以及自2013年以來與韓國極地研究所一起研究加拿大波弗特海的海底。

MBARI使用自主式水下航行器（AUV）和船基聲納繪制海底水深測量圖。Paull和研究團隊將在今年夏天乘坐韓國破冰船R/V Araon號返回北極。這次與MBARI的加拿大和韓國長期合作者的旅行--加上美國海軍研究實驗室的加入--將有助于完善我們對海底永久凍土解凍的理解。

MBARI的兩艘AUV將對海底進行非常詳細的測繪，MBARI的MiniROV--一種便攜式遙控潛水器--將能夠進一步探索和取樣，以補充測繪調(diào)查。