研究人员首次在南极冰下沉积物中发现地下水

这项研究让人们看到了南极冰盖中一个以前无法进入和未被探索的部分，并且还提高了科学家对它可能影响海平面的理解。

加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的博士后研究员Chloe Gustafson指出：“冰流非常重要，因为它们将南极洲约90%的冰从内部输送到边缘。这些冰流底部的地下水可以影响它们的流动方式，从而有可能影响到南极大陆上的冰的运输方式。”

尽管研究小组只对一条冰流进行了成像，但在南极洲还有很多。Gustafson说道：“这表明，在更多的南极洲冰流下面可能有地下水。”

来自斯克里普斯海洋学和哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的一个科学家团队领导了这个项目。Gustafson和六位合作者在2022年5月6日的《科学》上报告了他们的发现。

这项研究的报告共同作者、斯克里普斯冰川学家和斯克里普斯极地中心的共同主任Helen Amanda Fricker说道：“从我们对地球如何运作的理解来看，南极洲下面有地下水，这一直是一个假设，但我们之前一直无法测量它。”

研究人员在2018-2019年的野外季节通过使用一种称为磁电法的地面地球物理电磁(EM)方法测量地下水。该方法利用地球电场和磁场的变化来测量地下的电阻率。这项研究是第一次使用这种方法来寻找冰川冰川下的地下水。

Fricker表示：“这种技术通常没有在极地环境中使用过。这很好地证明了这项技术的威力及它不仅能给我们带来对南极洲的了解，而且还能给格陵兰岛和其他冰川地区带来多大的了解。”

自20世纪90年代以来，该技术一直在南极洲使用，但那些研究旨在对深度远低于10公里的深层地壳特征成像。然而这些研究确实产生了一个效果，即证明了科学家也可以在冰和雪上使用磁遥感技术。

Gustafson表示：“我们采用了他们的例子，并将其应用于一个浅层的水文问题，在5公里的冰下环境中。”

在过去的十年时间中，机载电磁技术被用来对麦克默多干谷的一些薄冰川和永久冰冻区下面的100到200米的浅层地下水进行成像。但这些技术只能看穿约350米的冰层。

Gustafson及其同事收集数据的惠兰斯冰川其厚度约为800米。他们的新数据填补了以前那些深层和浅层数据集之间的一个巨大空白。

哥伦比亚大学地球和环境科学副教授、斯克里普斯海洋学系校友Kerry Key指出：“我们从冰床到约五公里甚至更深的地方进行了成像。”

“我的希望是，人们将开始把电磁学视为标准南极地球物理工具箱的一部分，”Gustafson说道。

据了解，这项新研究是基于被动收集的、自然产生的磁电信号来测量电阻率的变化。

Gustafson表示，由于淡水会在他们成像中跟咸水显示出很大的不同，所以这相当于告诉了他们关于地下水的特征。

中华盛顿大学的合作者Paul Winberry提供的地震成像数据则增强了电磁测量的效果。这些数据证实了在现场团队的磁电测量之间的60英里范围内存在着埋藏在冰雪之下的厚重沉积物。

研究人员计算出，如果他们能将地下水从沉积物中挤压到地表，将能形成一个深达220至820米的湖泊。

Key指出，地下水可能存在于其他行星或卫星的类似条件下，而它们正在从其内部释放出热量。“你可以想象在液体的内部有一个冰冻的盖子，不管它是完全的液体还是液体饱和的沉积物。你可以认为我们在南极洲看到的东西可能类似于你在木卫二或其他一些冰雪覆盖的行星或卫星上发现的东西。”

此外，冰川下的地下水的存在对大量碳的释放也有影响，这些碳以前则是由适应海水的微生物群落储存的。

“地下水运动意味着有可能有更多的碳被输送到海洋中，而不是我们以前所考虑的那，”Gustafson说道。