南极云科考⑭|南极冰山

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南极冰山

亲爱的同学们：

上一期“南极云科考”，还记得我们介绍了什么吗？南极的冰雪宝库。今天，我们聊聊南极的冰山。如果到了南极，白茫茫的冰雪世界，你会看到一座座冰山，那么你们知道冰山是怎样形成的吗？

科

考

知

识

南极的冰山是如何形成的？

冰山实际上是从冰川或冰架的向海端断裂的漂浮淡水冰。在南极洲周围的海洋、北冰洋及其近岸峡湾，以及冰川形成的湖泊中都能发现冰山。南极大陆上覆盖着一个称为“南极冰盖”的巨大冰体。

南极冰盖的体积约为2700万立方千米，占到世界淡水（包括地下水）总量的70%。冰架位于南极冰盖的边缘，它的一头与大陆上的冰盖相连，另一头则浮在海上，因此它相对“固定不动”，又由于其大部分位于海里，因而会随着潮汐而上下波动。因此，冰架实际上是冰盖流动在海岸附近的延续。南极海岸有四分之三连接着冰架，冰架总面积为154.2万平方千米，厚度在几米到上千米之间。在从南极大陆中心向外流动的冰的压力下，冰川以每年几千米的速度向海移动，进入冰架。暴露在海中的冰架前缘在夏季承受着来自海流、潮汐、冰山碰撞、冰架表面融水和海洋膨胀的压力，在冬季则承受着移动浮冰的压力。由于冰架通常有裂缝，并会沿着这些裂缝断裂。最终一大块冰会从冰架前缘断裂处崩落下来，形成了巨大、扁平的“板状”结构，成为漂浮于海洋之上“自由”的冰山。

东南极埃默里冰架2019年冰山崩解过程与的漂流轨迹，其中：左边2019年9月20和9月27日的图像为国际哨兵卫星雷达影像，右边2019年10月14日和10月20日以及下方的10月8日的影像来自中国京师一号极地光学小卫星（中山大学李腾老师提供）

1995年至2002年间，拉森冰架上的冰山大规模崩塌，通常被认为是全球变暖造成夏季冰架表面的融水填满了附近的裂缝，触发了冰山崩解。在许多情况下，在另一座冰山与冰架向海的前端碰撞后立即就能观察到冰山崩解。新崩解而出进入海洋的冰山的直径可以达到几十千米，厚度能达到200-400米，但只有约十分之一的冰体露出海面（约30-50米）；一座扁平冰山的质量通常能达到数十亿吨，因而在海上形成一幅壮丽的景象。

近年来，艾默里冰架通常每年只产生31立方千米的冰山，然而在2019年，冰架前缘的D28冰山崩解滑落到了海中，形成一座重达3150亿吨的冰山。该冰山规模非常巨大，面积达到1600平方千米，厚度约为210米。而上一次埃默里冰架发生如此规模的冰山崩解要追溯到1963年。

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冰山里都是“冰”吗？

新崩解的南极扁平冰山保留了原先他们所在的冰架（或冰盖）的物理性质。一般来说，冰山顶部都是最近降下的雪，下面是密度不断增加的较老的年积层。在冰山的横截面上，通常可以清楚地看到每年的雪层，因此冰山露出海水的部分主要是由压缩雪而不是冰组成的。在冰山表面，密度可能只有不到每立方米400千克（注：纯冰的密度为每立方米920千克）。

一般来说，只有当密度达到每立方米800千克时，冰雪里的空气通道才能坍塌形成了封闭的气泡，此时，我们才称冰山里的物质为“冰”，这也是我们说冰山表面只是“雪”的原因。

冰山在海里的吃水线位置的雪大约是150-200年前从大气降落到冰盖或冰架中的。而冰山中的“冰”与“雪”的过渡发生在冰山表面以下约40-60米处。由于冰山不全是由“冰”组成，而是含有大量的雪。因此他们在海里漂移时会产生非常奇异的物理变化。

崩塌式崩解后的南极中国中山考察站

附近的达尔克冰川三维影像图

（北京师范大学刘岩老师提供）

当冰山崩解出冰架进入海洋时，将开始相对于其母冰架变暖。当冰山漂移到更暖和的海域，尤其是当它脱离周围的浮冰时，变暖会加速。一旦冰山的上表面开始融化，露出海面以上的部分就会迅速地升温，并产生融水。冰山表面的融水可以渗透的最上层40-60米的深度（即冰”与“雪”的过渡带），并在冰山内部重新冻结。这种冻结会释放热量，冰山露出海面的可见部分因此变成了一个温暖“较脆”的物体，由于它主要由积雪组成，因此很容易被侵蚀。而冰山剩余的部分浸在海平面以下，冰体的温度保持在零下−15到−20摄氏度，海水很难渗滤进冰山和再冻结，传热因而受到抑制，因此不容易被侵蚀融化。

中国南极考察队在2015年在南大洋观测到的正在融化的冰山

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冰山有多大？

在典型的无冰的南大洋，对冰山直径的调查显示，大多数冰山的直径为300-500米，但也有一些超过1千米，甚至很多冰山的长度能达到数百千米。

冰山B-15

在南极的罗斯海和威德尔海出现过许多巨大冰山的崩解，其尺寸已由卫星精确测量。2000年，冰山B-15从罗斯冰架上断裂，最初长度为295千米。在几天后B-15分裂成了两部分，较大的那部分（B-15A）长120千米、宽20千米甚至阻碍了麦克默多湾的入口浮冰在夏季的漂移通道。5年以后的2005年10月，B-15A在漂流很长距离并到达维多利亚地后，由于海洋涌浪的影响才最终分裂成了几块大碎片。

冰山C-19

冰山C-19是2002年5月从罗斯冰架上断裂形成的一座更长但更窄的冰山，但它没漂得多远就支离破碎了。有史以来，最大的南极冰山可能是1927年在克拉伦斯岛（属于南设得兰群岛）外首次观测到的；它长180千米，大致呈正方形，高出水面部分约30-40米。1956年，美国军舰“冰川号”在斯科特岛（位于罗斯海维多利亚岛东北约500千米处的一个小岛）附近发现了一座冰山，未经证实的长度为335千米，宽度为100千米。

冰山A68A

最近一座引人注目的大冰山是2017年7月开始从南极拉森-C冰架崩解脱离成为冰山的A68A，卫星观测显示它的面积达到了惊人的5720平方千米，略小于上海的面积（6340平方千米）。它在过去3年多时间里漂流了超过1500千米，体积也不断缩小，直到2021年1月到达南乔治亚岛才彻底瓦解。在这3年半内，A68A共损失了8020亿吨质量，其中2540亿吨是通过冰山底部融化流失的。估计A68A在南乔治亚岛附近释放了1520亿吨淡水，可能改变了当地的海洋特性、浮游生物及其捕食者的生态条件。A68A据称是被记录的第六大冰山。在2021年5月中旬，目前世界上最大的浮冰冰山A-76，从南极洲的龙尼冰架崩解脱落入海，目前漂浮在威德尔海；这座巨大的冰山面积约为4320平方千米。

搁浅在海岸附近的冰山

（来自中国南极考察队CHINARE32,2015）

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冰山在海洋里如何运动？

在南极，刚崩解的冰山通常在南极海岸流（一种洋流）中向西移动，海岸线在其左侧。由于地球自转，它的漂移轨迹会向左转动，因此一些冰山可能搁浅在南极大陆岸边并在继续前进之前保持静止多年。

例如，1967年，格林威治子午线附近的Fimbul冰架上崩解出一座名为Trolltunga的大型冰山，它在威德尔海南部搁浅了五年，然后继续漂流。当冰山能脱离海岸流，它就会进入一个环绕整个南极的洋流—南极绕极流（也叫西风漂流）。这一环绕地球向东流动的环流系统位于南纬40°–60°。冰山一旦进入南极绕极流，冰山的轨迹通常是向东的，并由洋流和风共同驱动。然后，冰山将向东北方向逆时针移动，以便在解体之前，它可以在相对低纬度和相对温暖的水域结束。

在这一漂移过程中，冰山有时会对周围环境造成很大的影响。例如，当冰山搁浅时，可能会在海床上犁出几米深并延伸几十千米长的海沟。在南极发现的第一条由冰山产生的海沟是1976年在威德尔海东部海岸发现的。

漂浮在南大洋的南极冰山

（来自中国南极考察队CHINARE32,2015）

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冰山崩解对地球气候和环境

的影响是怎样的？

冰山通过一系列过程影响南极环境并与其相互作用。当冰山漂移时，它们释放出冷的新鲜淡水会改变当地的海洋特性，并促进海冰的生长。它们还携带含有大陆上营养物质的残骸。这些营养源能促进海洋生物的生产。当冰山触地时，它们会影响海洋底栖生物群落，并在海底留下犁痕。此外，大型冰山可能成为一道屏障，扰乱当地的海洋环境并阻止企鹅群进入它们的觅食地。

冰山对它们漂过区域的温暖气候的反应也可用来预测南极冰架对气候变化的响应。

有研究表明，大气变暖导致的灾难性冰山崩解诱导了南极半岛冰架的突然后退，再加上基底融化导致的变薄，致使1996年至2006年从西南极向海洋排放的冰增加了34%。北京师范大学的科学家们在2015年的一项重要研究发现表明，在2005年至2011年间，每年有超过7550亿吨的冰山崩解造成的质量损失，这个量约为15160亿吨的冰架融化造成的质量损失的一半。

2005-2020年连续15年环南极连续卫星观测得出的主要冰架年平均崩解量【单位：Gt/年为10亿吨/年，Gt】（图基于来北京师范大学学者领导的研究团队2021年最新研究成果绘制。参考：A 15-year circum-Antarctic iceberg calving dataset derived from continuous satellite observations，Earth Syst. Sci. Data, 13, 4583–4601, 2021）

有关冰山的小知识

冰山高出水面的部分有多少？

答：

冰的密度比海水稍低，所以我们看到冰漂浮在海洋表面。然而，由于冰和海水之间的相对密度差异很小，只有部分冰山漂浮在水面上。事实上，平均只有十分之一的冰山在水面以上。

导致泰坦尼克号沉没的冰山在哪里？

答：

据专家称，格陵兰岛西海岸的伊卢利萨特冰架现在被认为是导致泰坦尼克号沉没的冰山最有可能起源的地方。在它的河口，伊卢利萨特向海的冰川宽度大约6千米，高出海平面80米。

为什么冰山在海水中融化得很慢？

答：

首先冰山是淡水，盐分很低，其次冰山内部温度很低，海水也不容易渗透进入冰山内部，且冰的热传导能力较弱。另外，由冰山构成的淡水密度低于咸水。因此，虽然冰山置换的海水量等于其重量，但融化的淡水所占体积将略大于置换的盐水。

冰山上的水能喝吗？

答：

即使冰山漂浮在盐水中，冰上也没有盐，而是压缩的雪。如果融化了一座冰山，在杀死细菌后，得到可饮用的淡水。由于移动冰山的成本和风险，冰山从未被用作主要的饮用水来源。

中国南极中山考察站附近的冰山

（来自中国南极考察队CHINARE32,2015）

南极冰架前缘的冰山

（来自中国南极考察队CHINARE32,2015）

学

生

手

记

“

同学们认真学习后发来了学习手记,

一起来看看吧！

科

考

提

问

南极的冰川是否越来越少？

——上海市田林中学林泽勋

是的，调查统计结果显示，从1979年到1990年间，南极洲每年融化约400至440亿吨冰体，而到了2009年到2017年，这一数字迅猛增加到了2520至2780亿吨，似乎在2001年前后的一夜之间，南极冰体损失率突然增加280％。局部来看，下图显示出南极现在至少有27处地区（红色区域）冰川正以极快速度在融化，尤其是西南极地区，大量浮动冰架在变薄，更多冰块从内部流向海洋，损失面积达到数十万平米，占南极洲冰川损失总数的31％以上。