研究人員首次在南極冰下沉積物中發現地下水

這項研究讓人們看到了南極冰蓋中一個以前無法進入和未被探索的部分，并且還提高了科學家對它可能影響海平面的理解。

加州大學圣地亞哥分校斯克里普斯海洋研究所的博士后研究員Chloe Gustafson指出：“冰流非常重要，因為它們將南極洲約90%的冰從內部輸送到邊緣。這些冰流底部的地下水可以影響它們的流動方式，從而有可能影響到南極大陸上的冰的運輸方式。”

盡管研究小組只對一條冰流進行了成像，但在南極洲還有很多。Gustafson說道：“這表明，在更多的南極洲冰流下面可能有地下水。”

來自斯克里普斯海洋學和哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的一個科學家團隊領導了這個項目。Gustafson和六位合作者在2022年5月6日的《科學》上報告了他們的發現。

這項研究的報告共同作者、斯克里普斯冰川學家和斯克里普斯極地中心的共同主任Helen Amanda Fricker說道：“從我們對地球如何運作的理解來看，南極洲下面有地下水，這一直是一個假設，但我們之前一直無法測量它。”

研究人員在2018-2019年的野外季節通過使用一種稱為磁電法的地面地球物理電磁(EM)方法測量地下水。該方法利用地球電場和磁場的變化來測量地下的電阻率。這項研究是第一次使用這種方法來尋找冰川冰川下的地下水。

Fricker表示：“這種技術通常沒有在極地環境中使用過。這很好地證明了這項技術的威力及它不僅能給我們帶來對南極洲的了解，而且還能給格陵蘭島和其他冰川地區帶來多大的了解。”

自20世紀90年代以來，該技術一直在南極洲使用，但那些研究旨在對深度遠低于10公里的深層地殼特征成像。然而這些研究確實產生了一個效果，即證明了科學家也可以在冰和雪上使用磁遙感技術。

Gustafson表示：“我們采用了他們的例子，并將其應用于一個淺層的水文問題，在5公里的冰下環境中。”

在過去的十年時間中，機載電磁技術被用來對麥克默多干谷的一些薄冰川和永久冰凍區下面的100到200米的淺層地下水進行成像。但這些技術只能看穿約350米的冰層。

Gustafson及其同事收集數據的惠蘭斯冰川其厚度約為800米。他們的新數據填補了以前那些深層和淺層數據集之間的一個巨大空白。

哥倫比亞大學地球和環境科學副教授、斯克里普斯海洋學系校友Kerry Key指出：“我們從冰床到約五公里甚至更深的地方進行了成像。”

“我的希望是，人們將開始把電磁學視為標準南極地球物理工具箱的一部分，”Gustafson說道。

據了解，這項新研究是基于被動收集的、自然產生的磁電信號來測量電阻率的變化。

Gustafson表示，由于淡水會在他們成像中跟咸水顯示出很大的不同，所以這相當于告訴了他們關于地下水的特征。

中華盛頓大學的合作者Paul Winberry提供的地震成像數據則增強了電磁測量的效果。這些數據證實了在現場團隊的磁電測量之間的60英里范圍內存在著埋藏在冰雪之下的厚重沉積物。

研究人員計算出，如果他們能將地下水從沉積物中擠壓到地表，將能形成一個深達220至820米的湖泊。

Key指出，地下水可能存在于其他行星或衛星的類似條件下，而它們正在從其內部釋放出熱量。“你可以想象在液體的內部有一個冰凍的蓋子，不管它是完全的液體還是液體飽和的沉積物。你可以認為我們在南極洲看到的東西可能類似于你在木衛二或其他一些冰雪覆蓋的行星或衛星上發現的東西。”

此外，冰川下的地下水的存在對大量碳的釋放也有影響，這些碳以前則是由適應海水的微生物群落儲存的。

“地下水運動意味著有可能有更多的碳被輸送到海洋中，而不是我們以前所考慮的那，”Gustafson說道。