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形態(tài)各異的冰:地球曾經(jīng)就是一個“大雪球”

2019/2/15 11:28:35 來源:新浪科技 作者:任天 責編:阿迷

據(jù)國外媒體報道,我們可以在世界各地發(fā)現(xiàn)各種各樣形態(tài)的冰。冰不僅僅是水被冷凍的結(jié)果,各種形態(tài)的冰可以告訴我們其所處環(huán)境的故事,包括它們?nèi)绾坞S季節(jié)變化并顯示地球氣候變化趨勢。

科學家研究了從冰蓋、冰川等大型冰層結(jié)構(gòu)深處采集的樣品,揭示了當?shù)貧夂蛟跀?shù)百年時間里的變化,并幫助預測了未來的氣候變化趨勢。接下來,就讓我們來了解世界各地不同類型的冰,以及用來描述它們的術(shù)語。

冰川

根據(jù)美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心(National Snow and Ice Data Center,簡稱NSIDC)的介紹,冰川是陸地上的大型淡水冰體,來源于積雪,最終由于自身過于沉重而被壓縮成冰。冰川的范圍從一個足球場(長度110米左右)到數(shù)百公里不等,在每個大陸都有分布。

從本質(zhì)上來說,冰川其實是較小的冰帽和冰蓋,它們都是規(guī)模龐大的冰體,可以緩慢地穿過地表景觀,無論其下方是什么。本杰明·愛德華茲(Benjamin Edwards)是美國賓夕法尼亞州狄金森學院的火山學家,主要研究冰川和火山的相互作用,他表示,這些緩慢移動的巨大冰體可以橫越整個山脈甚至活火山。

冰川會在與海洋相遇的地方停止生長,較溫暖的咸水融化了淡水冰體的邊緣。賈斯汀·伯頓(Justin Burton)是美國佐治亞州埃默里學院的物理學家,主要研究冰川消失的物理學機制。他表示,海水溫度的不斷升高加快了冰川和其他冰體(比如海洋中的冰山或海洋邊緣的冰架)的融化速度。冰川是指示氣候變化的最佳指標之一,因為它們在短短幾天的時間尺度內(nèi)就會經(jīng)歷可見的變化。

冰山

根據(jù)美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的介紹,冰山是海洋中漂浮的大塊冰體,它們從冰川、冰蓋或冰架上斷裂并落入海洋。一塊浮冰如果要成為冰山,其海平面以上的高度要在4.9米以上,厚度在30到50米之間,覆蓋面積至少為500平方米。

根據(jù)美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心的介紹,因為太小而不能歸為冰山的浮冰會被賦予更加豐富多彩的名稱。例如,“冰山塊”(bergy bit)通常是指從冰山上碎裂、寬度不到5米的冰塊;“小漂冰”(growler)要更小一些,大約與一輛皮卡車相當;“碎冰”(brash ice)就更小了,通常寬度在2米以下。

冰山不一定要像山峰一樣,有時也可以呈平板狀,這表明它是從冰架邊緣斷裂的。在北極還有“冰層島嶼”(ice islands),這些巨大的矩形冰體通常具有平坦的頂部,與側(cè)面幾乎垂直。

冰蓋

冰蓋是世界上最大的冰體形態(tài),指的是覆蓋了超過5萬平方公里陸地的連續(xù)冰川。地球上只有3個冰蓋,分別是格陵蘭冰蓋、東南極冰蓋和西南極冰蓋。在末次冰期,冰蓋還曾經(jīng)覆蓋了北美洲、南美洲和歐洲北部的大片地區(qū)。

據(jù)美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心介紹,目前地球上超過99%的淡水都被保存在格陵蘭島和南極洲的冰蓋中??茖W家估計,如果格陵蘭島的冰蓋融化,海平面將上升大約6米;而如果南極洲的兩個冰蓋融化,海平面將上升約60米。不過,這些冰蓋的融化需要數(shù)百年的時間。

過去幾十年里,南極洲的部分冰蓋正在逐漸融化。本杰明·愛德華茲表示,盡管看起來只有相對少量的冰蓋融化,但已經(jīng)足以導致大陸的升高,就像末次冰期末段的冰島一樣。當時,冰島經(jīng)歷了一段火山活動增加的時期,可能正是由于地殼在冰體重壓減輕之后的反彈。同樣的情況也可能出現(xiàn)在西南極洲,“不過我們還沒有真正了解這一區(qū)域,因此也不能確定,”愛德華茲說道。

冰帽和冰原

冰帽是一種巨型的圓頂狀冰體,覆蓋少于5萬平方公里的陸地面積(超過5萬平方公里的稱為冰蓋)。這種冰體結(jié)構(gòu)通常形成于極地,大部分較為平坦,所處海拔較高。瓦特納冰川(Vatnaj?kull)就是位于冰島東南部的一個冰帽,也是歐洲最大的冰帽,覆蓋面積約為8100平凡公里,平均厚度為400米。

冰原和冰帽在大小和分布上非常類似,唯一的區(qū)別是冰體流動受到周圍環(huán)境影響的方式。冰原包含著從冰體表面突出、可以改變冰體流動的山脈和山脊,就像溪流中分開水流并露出水面的巨石。相比之下,冰帽通常以山丘最高點為圓頂中心,冰體從中心向邊緣移動。因此,冰帽并不受限于地形,而冰原受限于地形,也不像冰帽那樣具有帽形外觀。

冰混合物

冰混合物(ice mélange)本質(zhì)上是一種大型的“冰泥”,形成于由海冰、冰山和小型浮冰組成的冰川峽灣中。當海流和海面風無法將冰塊移出峽灣時,就會導致冰混合物形成,并成為冰川和海洋之間的部分邊界。

賈斯汀·伯頓表示,冰混合物被認為是世界上最大的顆粒物質(zhì),因為冰泥中含有大量的懸浮沉積物和液體。

由于冰混合物不是固體冰,因此相對溫暖的海水可以通過冰混合物滲透到冰川表面。這一特征意味著冰混合物對冰川斷裂的程度,以及有多少淡水進入峽灣有重要影響。

冰架

根據(jù)美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心的說法,地球上絕大多數(shù)冰架都位于南極洲的海岸附近,但是在其他陸地冰體(比如冰川)流入寒冷海洋的地方,也可以發(fā)現(xiàn)冰架的存在。冰架由連接陸地且浮在海上的大片水冰組成。當冰川或冰原的冰緩慢流入海洋時,由于海水溫度較低,冰塊不會立即融化,來自冰川的更多冰流便逐漸累積,形成了冰架。

冰流

冰流是冰蓋中的“河流”,其流動速度相對快于周圍的冰體,通常每年平均移動800米。

格陵蘭島的雅各布港冰川(Jakobshavn Glacier)是世界上流速最快的冰川,有時被歸類為冰流。根據(jù)2014年發(fā)表在《冰雪圈》(Cryosphere)期刊的一篇文章,雅各布港冰川每年移動的速度是17公里。

海冰

海冰是冰凍的鹽水,存在于偏遠的極地海洋中。據(jù)美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù),海冰平均每年覆蓋的面積約為2500萬平方公里。

海冰對極地地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)和氣候至關(guān)重要,并且可能影響海洋環(huán)流和全球氣候。這些鹽水冰塊可以最大限度地降低波浪和風的作用,從而減少海岸線附近冰架和冰川受到的侵蝕;另一方面,它們還能創(chuàng)造一個絕緣的表面,減少水的蒸發(fā)和損失到大氣中的熱量。在溫暖的夏季,融化的海冰會將營養(yǎng)物質(zhì)釋放回海洋,并使海面暴露在陽光之下,這兩者都會刺激浮游植物生長,而浮游植物是海洋食物網(wǎng)的基礎(chǔ)。

隨著地球氣候的快速變化,海冰的融化速度已經(jīng)比重新凍結(jié)的速度更快。這一現(xiàn)象在北極尤為明顯,那里的海洋和陸地溫度上升速度比地球其他任何地方都快。

雪球地球

根據(jù)《達特茅斯本科生科學期刊》(Dartmouth Undergraduate Journal of Science)的報道,地球上曾經(jīng)存在過一個“雪球地球”時期。當時地球絕大部分區(qū)域都被凍結(jié)。

“在7.5億到5.8億年前發(fā)生的4次冰期可能非常劇烈,以至于地球的整個表面,從南極到北極,包括各個海洋都完全凍結(jié)了,”埃默里大學牛津?qū)W院的環(huán)境科學家梅麗莎·海奇(Melissa Hage)說,“一旦極地海洋開始凍結(jié),被白色表面反射出去的陽光就更多,從而增強了冷卻效應?!?/p>

科學家估計,在這些冰期中,地球上的平均溫度降低到了零下50攝氏度,水循環(huán)(水在大氣、海洋和陸地之間的循環(huán))也停止了。

但是,對于地球是否完全凍結(jié)還存在一些爭議。如果在赤道地區(qū)還存在一些泥水或開放水體,那陽光可以照入水中,使一些生物能存活下來。

科學家認為,在某些時候,大氣中二氧化碳含量的增加(最有可能是火山爆發(fā))會使氣溫升高,最終重新啟動水循環(huán)。在二氧化碳的基礎(chǔ)上,空氣中水蒸氣的增加會觸發(fā)一段升溫時空的時期,使地球溫度在幾百年里上升到50攝氏度。地球軌道或軸向傾斜的細微改變最終使地球的平均溫度穩(wěn)定在目前能支持生命的14.9攝氏度水平上。

加州大學古生物博物館稱,研究顯示寒武紀生命大爆發(fā)就發(fā)生在雪球地球時期結(jié)束的時候。寒武紀生命大爆發(fā)開始于5.42億年前,持續(xù)了大約4000萬年,其化石記錄中出現(xiàn)了絕大多數(shù)的動物門類。

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