劍橋大學(xué)利用光纖傳感為格陵蘭島冰川測“體溫”

劍橋大學(xué)的科學(xué)家們，利用光纖傳感技術(shù)對格陵蘭冰原的冰特性進(jìn)行了最詳細(xì)的測量。隨著氣候變化的影響繼續(xù)加速，他們的發(fā)現(xiàn)將被用于建立更精確的模型，以預(yù)測世界第二大冰蓋的未來運動。該研究部分由歐盟資助。

研究小組使用了一種新技術(shù)，通過光纖電纜傳輸激光脈沖，從冰原表面一直到地下1000多米的冰原基地，獲得了高度詳細(xì)的溫度測量數(shù)據(jù)。

與以往的研究不同的是，以往的研究是通過距離幾十米甚至幾百米遠(yuǎn)的獨立傳感器來測量溫度，而新方法允許沿深鉆孔中安裝的光纖電纜的整個長度來測量溫度。最后，他們展示了一個非常詳細(xì)的溫度剖面，它控制著冰的變形速度，以及最終冰原的流動速度。

冰原的溫度，被認(rèn)為是以平滑的坡度變化的：表面最溫暖的部分是太陽照射的地方;而在底部，當(dāng)冰原穿過冰川下的地形走向海洋時，地?zé)崮芎湍Σ亮κ贡臏囟壬摺?/p>

相反，新的研究發(fā)現(xiàn)，溫度分布其實比想象中更加不均，高度局部變形的地區(qū)進(jìn)一步使冰變暖。這種變形，主要集中在不同年代和類型的冰的邊界處。

雖然這種變形的確切原因尚不清楚，但它可能是由于過去火山噴發(fā)時冰中的灰塵，或穿透冰表面幾百米以下的大裂縫造成的。

自上世紀(jì)80年代以來，格陵蘭冰蓋的大規(guī)模損失增加了6倍，現(xiàn)在是全球海平面上升的最大單一原因。大約一半的損失，來自于地表融水的徑流;而另一半，則是由于快速流入海洋的冰川將冰直接排入海洋。

為了確定冰是如何移動的，以及冰川內(nèi)部的熱力學(xué)過程，準(zhǔn)確的冰溫度測量是必不可少的。

月球表面的狀況，可以通過衛(wèi)星或野外觀測以一種相對簡單的方式探測到。然而，要確定這一千米厚的冰蓋底部正在發(fā)生什么，要觀察起來就困難得多。而且，缺乏足夠觀察，是全球海平面上升預(yù)測不確定性的一個主要原因。

由歐洲研究理事會資助的RESPONDER項目正在解決這一問題，利用熱水鉆探技術(shù)在Sermeq Kujalleq(儲存冰川)鉆孔，并直接研究格陵蘭島最大冰川之一底部的環(huán)境?！巴ㄟ^使用光纖電纜，基本上整個電纜變成了一個傳感器，所以我們可以從表面一直到基座進(jìn)行精確測量?！?/p>

為了安裝電纜，科學(xué)家們必須先鉆穿冰川，這個過程是由阿伯里斯威斯大學(xué)的布林·哈伯德(Bryn Hubbard)教授和塞繆爾·多伊爾(Samuel Doyle)博士領(lǐng)導(dǎo)的。將電纜放入井眼后，研究小組在電纜中傳輸激光脈沖，然后記錄下光在電纜中的散射畸變，這種畸變隨周圍冰層溫度的變化而變化。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的工程師和利茲大學(xué)的地球物理學(xué)家，則協(xié)助進(jìn)行了數(shù)據(jù)收集和分析。

“這項技術(shù)是我們記錄長距離、高分辨率冰溫度空間變化能力的一大進(jìn)步。通過進(jìn)一步的調(diào)整，該技術(shù)還可以記錄其他特性。”

研究人員在冰川中發(fā)現(xiàn)了三層冰：最厚的一層是由過去一萬年形成的冰冷堅硬的冰組成的。在下面，他們發(fā)現(xiàn)了上個冰河時代的舊冰，由于被困在冰中的灰塵，這些冰更軟，更易變形。然而，最讓研究人員吃驚的是——冰川底部有一層超過70米厚的暖冰。勞說:“我們知道這種類型的暖冰來自更溫暖的阿爾卑斯環(huán)境，但這里的冰川通過自身變形產(chǎn)生熱量?！?/p>

“通過這些觀察，我們開始更好地理解為什么格陵蘭冰蓋的質(zhì)量正在如此迅速地減少，為什么冰的釋放是冰損失的一個突出機(jī)制?！?/p>

新的數(shù)據(jù)將允許研究人員改進(jìn)他們的模型，即格陵蘭冰蓋目前如何移動，未來可能如何移動，以及這對全球海平面上升將意味著什么。