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新研究发现北极多年冻土退化引发了海底变形

发布时间:2022-05-16 08:00
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2022年3月14日,《美国国家科学院院刊》(PNAS)刊发文章《与北极海底多年冻土退化有关的快速海底变化》(Rapid seafloor changes associated with the degradation of Arctic submarine permafrost)的文章称,蒙特雷湾水族馆研究所(MBARI)领衔的一个国际研究团队基于先进的水下测绘技术,首次揭示了北冰洋边缘水下多年冻土解冻导致海底快速变化的机制。

北极地区的气温上升已将人们的注意力集中于陆地多年冻土层退化。多年冻土的退化导致的地基不稳定对北极地区的基础设施如道路、火车轨道、建筑物和机场产生负面影响。但是,目前对被覆盖在巨大的北极大陆架下的大量冰期(glacier age)多年冻土的发展动态知之甚少。为此, MBARI、加拿大地质调查局、加拿大渔业和海洋部、加拿大海岸警卫队、韩国极地研究所通过国际合作,基于自主水下航行器(AUV)、舰载声纳以及破冰船等测绘设施,对北极波弗特海进行了联合科考。研究团队基于自主水下航行器(AUV)和舰载声纳对该海域海底进行了地形测绘,获得了分辨率为1 m的高清海底地形图。结合反复进行的高分辨率水深测量显示,波弗特海大陆斜坡的边缘正在发生异常迅速的地貌变化,该海岸曾经是更新世残留多年冻土向海延伸的边界。新的陡坡洼地发育深度达28 m,多处沿陡坡面发生横向退缩。这些形态变化出现在120~150 m水深之间,接近淹没冰期多年冻土的最大界限,主要原因是多年冻土融化,上升的地下水沿着残留的多年冻土边界集中。由于陆架间冰期海侵导致地温梯度发生变化,导致多年冻土基底的区域解冻产生地下水。相比之下,在地下水排放减少的情况下,沉积物在约1.4 °C的环境海底温度下冻结。冰冻沉积物随之膨胀,形成了冰核地形高点或冰丘(pingos),这些高点在排放径流区附近特别丰富。研究人员表示,目前尚不清楚北极大陆架上类似的变化有多广泛,因为这是北极地区首次开展多波束测深调查。但是可以肯定的是,与活跃的海底多年冻土融化相关的快速形态变化可能是其他海底多年冻土环境中塑造海底的一个重要过程。此外,研究人员指出,虽然对研究区域海底温度尚未开展长序列监测,但是已有数据并没有显示出明显变暖的趋势。因此,研究人员认为这种变化可以归因于缓慢移动的地下水系统所携带的热量驱动。

研究人员表示,这项研究是通过过去十年的国际合作实现的,这些合作提供了现代海洋研究平台,如MBARI的自主机器人技术和由加拿大海岸警卫队和韩国极地研究所运营的破冰船。此外,加拿大政府和居住在波弗特海沿岸的因纽维阿鲁特人(Inuvialuit people)高度重视这项研究,因为所描述的复杂过程对地质灾害的评估,独特海洋栖息地的创造以及对生物地球化学过程的理解具有重要意义。

转载本文请注明来源及作者:中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2022年第6期,刘文浩 编译。