他們說(shuō)，這樣的系統(tǒng)可能在南極洲很常見(jiàn)，可能對(duì)這個(gè)冰凍的大陸如何對(duì)氣候變化做出反應(yīng)，甚至可能對(duì)氣候變化做出貢獻(xiàn)，具有至今未知的影響。這項(xiàng)研究于5月5日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

“人們已經(jīng)假設(shè)這些沉積物中可能有深層地下水，但是到目前為止，沒(méi)有人做過(guò)任何詳細(xì)的成像，”該研究的主要作者Chloe Gustafson說(shuō)，他在哥倫比亞大學(xué)拉蒙特-多爾蒂地球觀測(cè)站做研究生時(shí)做了這項(xiàng)研究。“我們發(fā)現(xiàn)的地下水量是如此之大，它很可能影響了冰川進(jìn)程。現(xiàn)在我們必須找出更多的東西，并找出如何將其納入模型。”

幾十年來(lái)，科學(xué)家們一直在南極冰原上空飛行雷達(dá)和其他儀器，對(duì)地下特征進(jìn)行成像。在許多其他方面，這些任務(wù)揭示了夾在冰和基巖之間的沉積盆地。但是機(jī)載地球物理學(xué)通常只能揭示這些特征的大致輪廓，而不是水含量或其他特征。在一個(gè)例外中，2019年對(duì)南極洲麥克默多干谷的研究使用直升機(jī)攜帶的儀器記錄了大約350米冰層下幾百米的冰川下的地下水。但是南極洲大多數(shù)已知的沉積盆地要深得多，而且其大多數(shù)冰層要厚得多，機(jī)載儀器無(wú)法到達(dá)。在少數(shù)地方，研究人員已經(jīng)鉆過(guò)冰層進(jìn)入沉積物，但只鉆進(jìn)了最初的幾米。因此，冰層行為的模型只包括冰內(nèi)或冰下的水文系統(tǒng)。

這是一個(gè)很大的缺陷；南極洲大部分廣闊的沉積盆地位于目前的海平面以下，夾在基巖覆蓋的陸地冰和漂浮在大陸邊緣的海洋冰架之間。它們被認(rèn)為是在海平面較高的溫暖時(shí)期在海底形成的。如果冰架在氣候變暖的情況下被拉回，海水可能會(huì)重新侵入沉積物，而冰架后面的冰川可能會(huì)向前沖，提高全世界的海平面。

這項(xiàng)新研究的研究人員集中在60英里寬的惠蘭斯冰溪上，它是為世界上最大的羅斯冰架提供水源的數(shù)條快速水流之一，其面積約為加拿大育空地區(qū)。之前的研究發(fā)現(xiàn)，在冰層內(nèi)有一個(gè)冰川下的湖泊，在它下面有一個(gè)沉積盆地。對(duì)第一英尺左右的沉積物進(jìn)行淺層鉆探，發(fā)現(xiàn)了液態(tài)水和一個(gè)繁榮的微生物群落。但再往下是什么一直是個(gè)謎。

該團(tuán)隊(duì)使用了一種叫做磁電成像的技術(shù)，該技術(shù)測(cè)量在地球大氣層高處產(chǎn)生的自然電磁能對(duì)地球的滲透情況。冰、沉積物、淡水、咸水和基巖都在不同程度上傳導(dǎo)電磁能；通過(guò)測(cè)量差異，研究人員可以創(chuàng)建不同元素的類似核磁共振的地圖。研究小組將他們的儀器放置在雪坑中，每次放置一天左右，然后將其挖出并重新定位，最終在大約四十個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了讀數(shù)。他們還重新分析了從地球上發(fā)出的自然地震波，這些地震波是由另一個(gè)團(tuán)隊(duì)收集的，以幫助區(qū)分基巖、沉積物和冰。

他們的分析表明，根據(jù)不同的位置，沉積物在觸及基巖之前，會(huì)延伸到冰層底部半公里到近兩公里的地方。而且他們證實(shí)，這些沉積物一路下來(lái)都充滿了液態(tài)水。研究人員估計(jì)，如果所有的水被提取出來(lái)，它將形成一個(gè)從220米到820米高的水柱，至少比冰層內(nèi)部和底部的淺層水文系統(tǒng)多10倍，甚至可能比這還要多。

咸水比淡水更好地傳導(dǎo)能量，因此他們也能夠表明，地下水隨著深度的增加而變得更咸。研究人員Kerry Key說(shuō)這是有道理的，因?yàn)檫@些沉積物被認(rèn)為是很久以前在海洋環(huán)境中形成的。海洋水可能在大約5000到7000年前的一個(gè)溫暖時(shí)期最后一次到達(dá)現(xiàn)惠蘭斯所覆蓋的地區(qū)，使沉積物中的鹽水飽和。當(dāng)冰層重新移動(dòng)時(shí)，由上面的壓力和冰底的摩擦產(chǎn)生的新鮮融水顯然被強(qiáng)迫進(jìn)入上部沉積物。Key說(shuō)，今天它可能繼續(xù)向下過(guò)濾并混入。

研究人員說(shuō)，這種緩慢地將淡水排入沉積物的做法可以防止水在冰的底部堆積。這可能會(huì)對(duì)冰的向前運(yùn)動(dòng)起到制動(dòng)作用。其他科學(xué)家在冰流的接地線--即陸地上的冰流與浮動(dòng)的冰架相遇的地方--進(jìn)行的測(cè)量顯示，那里的水比正常海水的鹽度低一些。這表明，淡水正通過(guò)沉積物流向海洋，為更多的融水進(jìn)入騰出空間，并保持系統(tǒng)穩(wěn)定。

然而，研究人員說(shuō)，如果冰面太薄--隨著氣候變暖，這是一種明顯的可能性--水流的方向可能會(huì)被逆轉(zhuǎn)。上層的壓力將減少，更深的地下水可能開(kāi)始向冰基涌出。這可以進(jìn)一步潤(rùn)滑冰的底部，并增加其向前的運(yùn)動(dòng)。此外，如果深層地下水向上流動(dòng)，它可以攜帶基巖中自然產(chǎn)生的地?zé)幔贿@可以進(jìn)一步解凍冰的底部，并推動(dòng)它向前發(fā)展。但是，這是否會(huì)發(fā)生，以及在多大程度上發(fā)生，還不清楚。

Gustafson說(shuō)：“最終，我們對(duì)沉積物的滲透性或水的流動(dòng)速度沒(méi)有很大的限制。它是否會(huì)產(chǎn)生很大的差異，從而產(chǎn)生失控反應(yīng)？或者地下水在冰流的大計(jì)劃中是一個(gè)更小的角色？”

研究人員說(shuō)，淺層沉積物中已知的微生物的存在增加了另一個(gè)問(wèn)題。這個(gè)盆地和其他盆地很可能在更遠(yuǎn)的地方適合棲居；如果地下水開(kāi)始向上移動(dòng)，它將帶來(lái)這些生物體使用的溶解碳。橫向的地下水流動(dòng)將把這些碳送到海洋中。這可能會(huì)把南極洲變成一個(gè)迄今未被考慮的碳源。Gustafson說(shuō)，但問(wèn)題還是在于這是否會(huì)產(chǎn)生一些重大影響。

研究人員說(shuō)，這項(xiàng)新研究只是解決這些問(wèn)題的一個(gè)開(kāi)始。他們寫道：“對(duì)深層地下水動(dòng)態(tài)存在的確認(rèn)，改變了我們對(duì)冰川行為的理解，并將迫使修改冰川下水模型。”

這項(xiàng)研究的其他作者是斯克里普斯海洋研究所的Helen Fricker、中央華盛頓大學(xué)的J. Paul Winberry、杜蘭大學(xué)的Ryan Venturelli和比格洛海洋科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Alexander Michaud。Chloe Gustafson現(xiàn)在是斯克里普斯海洋研究所的博士后研究人員。