〈地球氣候〉南極冰原地下水的秘密

汪中和 / 中央研究院研究員 2022/05/18 11:32 點閱 1619 次

水在南極大陸無處不在,主要是冰和雪的型態。近年來受到氣候暖化的影響,在南極大陸發現了數百個液態湖泊和河流,它們都位於表面,或是冰層的淺部;也偵測到冰層下面存在厚厚的沉積盆地。除此以外,研究人員長期以來一直認為,南極大陸在冰層下應該隱藏著大量的液態水,只是一直沒有確鑿的證據。

對於探討冰雪圈的研究人員來說,液態水的變化是瞭解冰川變化行為的關鍵要素。因為,融化的液態水可以潤滑冰層與底部岩石的交接帶,導引冰層流向海洋。

南極西大陸有地下水庫

在5月5日發表於《科學》期刊的新研究證實,南極西大陸惠蘭斯冰河(Whillans Ice Stream)下面的沉積物,確實像海綿一樣,富含循環十分活躍的地下水系統,引起科學界的注目。

2007年經由衛星的觀測,曾發現南極西大陸惠蘭斯冰河的下面有一個冰湖,引起了研究人員的注意。經過多年的籌備,一組研究團隊終於在2018年底抵達冰湖的附近,他們費時約2個月,利用大地電磁學(magnetotellurics)的新方法收集有關的數據。這是第一次在南極大陸使用大地電磁的成像技術,來調查南極冰河向下延伸超過一公里的電導率變化。

數據分析的結果清楚顯示,在惠蘭斯冰河的下面厚度半公里到2公里不等的沉積物裡面,含有豐富的液態水,是一個龐大的地下水系統,從上游地區延伸到海岸地帶,估計蘊藏的水量是淺層冰河的10倍以上。

動態的地下水系統

進一步分析還發現,深達2公里的沉積物內上部所含的是淡水,主要來自地表冰層的融水,再往下所含的水開始帶有鹽分,越深處地下水的鹽度就越高;表示深層的液態水是過去地質時代所存留的古海水,藉由氣候的冷暖變遷,與上方的現代冰融水不斷的交換混合,形成垂直方向的鹽度漸變梯度。

簡單的說,這是首次在南極西大陸部觀測到一個巨大、又動態十足的地下水系統,可說是冰河下方最大的液態水庫。過去研究人員認為南極大陸的冰河是淺水型系統,如今確認可以向下延伸到整個沉積層。這一發現凸顯了地下水文的變化,是瞭解南極冰原動力學的重要關鍵部分,南極大陸冰河的走向趨勢,基本上都受到這些地下水系統的控制。

地下水文研究十分重要

從惠蘭斯冰河下面的冰湖鹽度,可以推測在過去的氣候暖化時期,南極西大陸的冰棚比現今的位置,向內陸縮短了至少110公里,也就是說,當時南極大陸的冰原體積比較小,全球海平面相對也較高。此外,由於沉積層中的地下水向下延伸到熱量較高的基岩,地熱能抬升地下水的溫度,進而會加速了冰川的流動。

因此,這項研究工作不但擴展了南極大陸地下水文的研究向度,也對南極冰原如何因應氣候變化,和未來如何影響全球海平面的上升,具有重要的意義。這個研究再次表明,在南極大陸的遼闊的冰層下,還有許多重大的秘密,等待我們繼續去探索發現。