引言

我們正處在一個(gè)冰川融化，海平面上升的世界。

海水將沿著美國東海岸、墨西哥灣和世界各地的海岸線向內(nèi)陸移動(dòng)?，F(xiàn)在，科學(xué)家們迫切地想知道，這場水災(zāi)是否比預(yù)期的還要嚴(yán)重——淹沒深度可能是數(shù)十米，而不是一兩米。其中最大的問題是：我們是否進(jìn)入了融冰速度更快的時(shí)代？如果是這樣，會(huì)融化多少、融化速度有多快？在很大程度上，答案取決于我們會(huì)做出怎樣的決定，我們的決定又會(huì)如何影響南極洲西部巨大的思韋茨冰川（Thwaites Glacier）。最終，這將決定游弋在海邊街道上的到底是跑車，還是長著魚鰭、悄然潛行的海洋生物。

1.海平面究竟會(huì)上升多少

全球變暖不僅使山區(qū)的冰川融化，還使兩極的冰量縮小，海洋不斷擴(kuò)張。在過去25年里，全球平均海平面每年上升0.25厘米以上，過一個(gè)世紀(jì)就會(huì)上升0.3米。如果陸地上的高山冰川也融化，會(huì)使海平面進(jìn)一步上升0.3米。值得注意的是，南極和北極擁有范圍巨大的冰蓋，如果它們?nèi)诨?，可能?huì)使海平面上升超過60米。即使它們只發(fā)生微弱的改變也會(huì)對(duì)我們的海岸帶來巨大的變化。長達(dá)幾千米、高達(dá)數(shù)百米的冰崖可能會(huì)逐漸斷裂逐漸消失，大幅抬升海平面高度。

在預(yù)判本世紀(jì)海平面上升幅度時(shí)，一些有理有據(jù)的推測得出了相對(duì)溫和的結(jié)論：變暖可能造成海平面上升0.6米，即便變暖劇烈，海平面上升的幅度也不會(huì)超過1.2米。此外，科學(xué)家們有確鑿的證據(jù)表明，如果在未來的幾個(gè)世紀(jì)中溫度持續(xù)上升，海平面上升的數(shù)字將大幅增加。而當(dāng)冰蓋前緣出現(xiàn)退縮時(shí)，世界可能進(jìn)入冰川加速融化的時(shí)代。

為了解這種情況是否會(huì)發(fā)生，我們不僅需要搜索新鮮的線索，還會(huì)通過研究地質(zhì)歷史和冰的物理學(xué)特征，做深入探討。20年前在雅各布港冰川（Jakobshavn Glacier，格陵蘭冰原中的重要組成部分）上發(fā)生的巨大變化，為我們提供了很多線索。那里的冰川會(huì)在自身重力作用下向大海方向移動(dòng)，前緣逐漸融化或脫落后，后面的冰會(huì)向前移動(dòng)，取而代之。當(dāng)前緣損失大于后方補(bǔ)給時(shí)，前緣會(huì)后退，陸地上的冰蓋也會(huì)縮小，海平面就會(huì)上升。

20世紀(jì)80年代，雅各布港冰川是已知移動(dòng)速度最快的冰川之一，盡管它被冰架（海平面上冰層的延伸）阻擋，但依然向巴芬灣（Baffin Bay）奔流而去。20世紀(jì)90年代，海洋溫度上升約1℃，冰架解體，陸地上連接冰架的冰川以超過原來2倍的速度向海岸移動(dòng)。如今，雅各布港正在大規(guī)模地后退和變薄，這也是造成全球海平面上升的最重要的因素之一。巖石中的地質(zhì)記錄表明，過去也曾發(fā)生過類似的地質(zhì)事件。我們目前的觀測結(jié)果也顯示，在格陵蘭島的其他冰川上，也發(fā)生了類似的活動(dòng)。

如果體積龐大的思韋茨冰川也像雅各布港冰川那樣被釋放，它和附近的冰層可能會(huì)在短短幾十年內(nèi)崩塌，海平面可能會(huì)上升3.5米。值得反思的是，在不久的將來，我們會(huì)面對(duì)海平面迅速上升帶來的災(zāi)難性風(fēng)險(xiǎn)嗎？還是這種風(fēng)險(xiǎn)被夸大了？我們?cè)鯓硬拍芎侠硗茰y思韋茨冰川在未來的活動(dòng)模式？

2.全新的推算模型

推算思韋茨的威脅非常復(fù)雜。為了便于理解，我們以早餐為例。如果你將面糊倒在華夫餅機(jī)上，面糊就會(huì)蔓延到鐵板的交叉網(wǎng)格上。從物理上來講，面糊自身的重量會(huì)在抵消方格產(chǎn)生的摩擦力后，將邊緣向外推。同理，當(dāng)加熱使面糊變硬，或者你用抹刀把面糊往回趕時(shí)，面糊擴(kuò)散的速度就會(huì)減慢。

冰川的冰層就像一個(gè)巨大的華夫餅，厚度數(shù)百米，寬度與大陸相同。當(dāng)連綿不斷的雪落在上面后，就會(huì)逐漸被擠壓成冰。這些巨大的冰丘十分堅(jiān)韌，當(dāng)我乘坐裝備有重型滑雪裝備的軍用運(yùn)輸機(jī)降落在它們上面時(shí)，它們?nèi)匀辉诹鲃?dòng)。冰川的溫度通常只比熔點(diǎn)低幾度，從而能夠使冰長期保持足夠軟的狀態(tài)，當(dāng)冰從高處的中心區(qū)域緩慢地流向低處的邊緣區(qū)域時(shí)，會(huì)更容易融化和脫落。例如，格陵蘭島和南極洲上更厚或更陡峭的丘頂區(qū)域擴(kuò)散得比邊緣區(qū)域更快。

如果任其生長，冰層會(huì)一直積累。當(dāng)它變得足夠厚和足夠陡峭時(shí)，就會(huì)開始擴(kuò)散、融化和破裂，從而讓更多的降雪累積下來。正常情況下，冰丘可以持續(xù)很長一段時(shí)間，但在我們這顆變暖的星球上，似乎不是這樣。在格陵蘭島和南極洲，每年降雪中的水分幾乎都來自海洋，其總量相當(dāng)于所有海洋表面蒸發(fā)了大約6.3毫米厚的一層海水。但是，通過融水徑流或冰山“崩解”，海平面上升了一點(diǎn)，現(xiàn)在冰蓋返回海洋的數(shù)量比前面的這個(gè)數(shù)字高出15%。如果融化的冰川量，始終超過降雪量，冰層就會(huì)消失。但以目前的速度來看，冰層可能需要近10萬年才會(huì)消失。然而，如果氣候變暖加劇，冰川融化就會(huì)加速，這是全球現(xiàn)在正面臨的問題。

3.被潤滑的冰川

冰蓋的流動(dòng)取決于冰堆的強(qiáng)度，冰堆與陸地接觸部位的潤滑程度，以及它是否被“抹刀”（一種附著的浮動(dòng)冰架）所阻擋。一般情況下，大氣升溫會(huì)使冰軟化，使冰層底部嵌入巖石中的冰塊融化，從而使冰層快速滑向大海。但是，熱量傳遞到3000米以下的冰層需要很長時(shí)間。因此，巨大的冰蓋并沒有因?yàn)樽罱淮伪訒r(shí)期結(jié)束（一萬多年前）出現(xiàn)的氣溫升高，而使整個(gè)冰層都完成加熱。

要使冰川和冰川底部升溫，還有一種更快的方法：讓頂部的冰融化成水，然后傾瀉到冰裂隙中。在格陵蘭島冰面兩側(cè)的一些地方，夏季的融水會(huì)聚集在地表的巨大空洞中，形成巨大而美麗的藍(lán)色湖泊。因?yàn)樗拿芏却笥诒?，所以向下的重力壓裂冰川，這些裂隙甚至可以裂至冰川底部，從而使積蓄的湖水排干。一個(gè)不斷擴(kuò)張的湖泊或許可以在一個(gè)小時(shí)（而不是一萬年的時(shí)間）內(nèi)，以大于尼亞加拉瀑布的能量沖向冰底，使冰川底層升溫。

冰蓋融化的過程很重要，科學(xué)家也在積極探索。然而，對(duì)于居住在沿岸的人們來說，冰蓋融化并不是最大的擔(dān)憂，因?yàn)槲覀兿嘈鸥叩推鸱谋惨矔?huì)阻止冰蓋快速向海洋的滑動(dòng)。

如果同樣的融冰機(jī)制發(fā)生在冰架上，帶來的威脅可能更大。在非常寒冷的地方，即便有部分冰體流入海洋，它們?nèi)匀灰员男问脚c冰蓋連在一起，并且漂浮在海面上。這種形式的冰架幾乎總出現(xiàn)在港灣狀的海灣或峽灣中。因?yàn)榕c周圍海岸線的摩擦，冰架的運(yùn)動(dòng)會(huì)減緩，海底的局部凸起也會(huì)使它擱淺。這種冰架減緩了陸地上的非浮冰流大海的速度。

暖空氣使得冰架頂部形成湖泊，壓裂冰架，當(dāng)湖水通過裂縫穿透冰架時(shí)，冰架就可能崩塌。例如，2002年南極半島思韋茨以北的拉森（Larsen）B冰架就在短短5周內(nèi)幾乎完全解體了，冰山像多米諾骨牌一樣崩裂和傾倒。冰架已經(jīng)開始漂浮，但這并沒有使海平面立即上升，失去了冰架的阻擋后，陸地上的冰蓋快速向海洋流動(dòng)，就像放閘泄洪一樣。此時(shí)，冰體的流動(dòng)速度瞬間快了6~8倍。幸運(yùn)的是，在狹窄的南極半島，拉森B冰架后面沒有太多冰，所以僅僅使海平面微弱上升。但這次的事件讓大家都注意到，冰架有可能迅速解體，不再阻擋冰蓋向前移動(dòng)。正如雅各布港所發(fā)生的那樣，冰架會(huì)因?yàn)樽兣诨?/p>

當(dāng)冰架消失時(shí)，面向大海一邊的冰原峭壁會(huì)直接崩解出很多冰山。盡管這一幕可能讓阿拉斯加和附近游船上的乘客興奮，但它卻加速了冰蓋的消亡。在今天的雅各布港冰川，一些冰山會(huì)從一座高出海平面90米（約30層樓），向水下延伸約800米的懸崖上崩解下來。當(dāng)這些冰山翻滾時(shí)，會(huì)濺起50層樓高的水花，伴生的地震在美國也可以監(jiān)測到。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)知道冰架流失和冰山崩解對(duì)海平面上升有一定的影響。但對(duì)于思韋茨冰川來說，這一過程可能會(huì)引發(fā)戲劇性的變化，因?yàn)橐淮蔚刭|(zhì)事件已經(jīng)使這里的冰川處于“臨界點(diǎn)”，隨時(shí)可能匯入大本特利冰河下溝谷（Bentley Subglacial Trench），使海平面大幅升高。

4.本特利的發(fā)現(xiàn)

1956年秋天的一個(gè)早晨，查爾斯·本特利（Charles Bentley，于2017年去世，享年87歲，是本文作者的博士生導(dǎo)師）在哥倫比亞大學(xué)接受了學(xué)術(shù)論文答辯。第二天，他就跳上開往巴拿馬的火車，隨后趕上駛向南極洲的船只。他前往參加了國際地球物理年的一個(gè)研究項(xiàng)目，分析地球的一些地質(zhì)特征。他在南極洲西部度過了兩年的時(shí)間，回來后才發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)論文的費(fèi)用沒有及時(shí)支付，從而延誤了畢業(yè)。在此期間，他和團(tuán)隊(duì)穿越了5000多千米的冰層，穿梭于伯德空間站研究基地和南極洲西部的廣大地區(qū)。

在他們推進(jìn)的許多測量中，關(guān)于冰層厚度的信息對(duì)我們至關(guān)重要。在冰面上進(jìn)行小型爆炸，并用地震儀來監(jiān)聽穿過冰蓋從底床反彈出的回聲后，他們得到了一些數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)顯示，南極洲西部并不像人們想象的那樣，只在隆起的大陸上覆蓋了薄薄的一層冰。相反，這里的冰層很厚。他們還發(fā)現(xiàn)了本特利冰河下溝谷，這是地球上沒有被海水覆蓋的最深的地方，深約2500米的溝谷中填滿了冰塊。

本特利和同行的冰川學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)重要的臨界點(diǎn)。在南極西部的冰蓋下藏著巨大的海溝和與之相鄰的盆地。如果思韋茨的前緣從海岸退回到海溝中，從海溝上方延伸到海溝深處的冰面，將高達(dá)近千米。這樣的冰崖（比雅各布港或地球上其他任何地方都要大得多）可能會(huì)破裂得更快，形成更高的冰山，這些冰山會(huì)翻滾著從海溝出口漂向大海，從而大大提升海平面。

數(shù)十年的研究已經(jīng)明確了這種機(jī)制的重要性。最近退休的約翰·安德森（John Anderson）在萊斯大學(xué)（Rice University）工作了43年。他和學(xué)生曾孜孜不倦地用側(cè)掃聲吶（以及其他工具）繪制了南極洲附近海域下的大陸架。南極的冰在冰河時(shí)期向四面八方延伸了很遠(yuǎn)的距離，隨著冰河時(shí)代的結(jié)束，這些冰架也開始逐漸退縮。如今，南極洲周圍的海底曾直接與冰層的底部接觸。海底的沉積物或許可以給我們一些關(guān)于冰蓋演化的有用信息。

有一種說法是，當(dāng)不斷膨脹的冰蓋向海洋推進(jìn)時(shí)，它們會(huì)牽引沉積物。當(dāng)滑動(dòng)的冰蓋抵達(dá)海底向上突起的某些高地時(shí)，會(huì)穩(wěn)定下來。隨后被牽引的沉淀物就會(huì)繼續(xù)在冰磧?yōu)┥希ㄔ诒w停止推進(jìn)的地方形成的墻體式的結(jié)構(gòu)，有很多石塊，延伸很長的距離）堆積，從而建造出更高的海床。冰體可以在這樣的位置上存在數(shù)百年或數(shù)千年，微小的影響并不會(huì)改變這種穩(wěn)定狀況。但當(dāng)溫度上升到一定程度后，冰體就會(huì)回撤，退回到冰磧?yōu)┲蟮纳焦戎?。此時(shí)冰體很難再穩(wěn)定下來，直到它回撤到另一個(gè)地面凸起、相對(duì)較高的地方。而這通常距離上一個(gè)高點(diǎn)很遠(yuǎn)。與此同時(shí)，冰山就會(huì)從廢棄的冰磧?yōu)ㄒ廊坏陀诤Ｆ矫妫┥厦嫫虼蠛！?/p>

現(xiàn)在，南極洲和格陵蘭島周圍的許多地方都發(fā)生著相似的故事。雅各布港冰川已經(jīng)“躍過”了前冰磧?yōu)┑穆∑鸩糠?，正通過山谷狀峽灣后退，它“拉開”了一條通道，向更大的冰蓋深處回撤。當(dāng)?shù)谝慌鷼W洲探險(xiǎn)家參觀現(xiàn)在的阿拉斯加州冰川灣時(shí)，在巨大的冰磧?yōu)┑纳戏綑M亙著冰川的最前沿。從那時(shí)起，冰體向內(nèi)陸后退了近百千米，抵達(dá)了之后的一個(gè)相對(duì)高點(diǎn)，而這里就是現(xiàn)在美麗海灣的海岸線了。

幸運(yùn)的是，大多數(shù)這類撤退對(duì)全球海平面的影響有限。即使是像海灣大小的冰川回撤，與世界海洋相比，也很小。雅各布港冰川只是格陵蘭島冰蓋周圍幾十個(gè)向海洋滑動(dòng)的冰川中的一個(gè)，它們不會(huì)很快破壞鄰近峽灣的穩(wěn)定性，在向內(nèi)陸回撤的過程中也很快在遇到海床凸起后停止了。同樣的，南極洲其實(shí)有大量類似的冰川流動(dòng)在把冰塊帶向海洋，這些冰川滑向了它們自己的“華夫餅烙鐵格”里。如果氣候升溫程度明顯，大量冰川可能會(huì)同時(shí)回撤，但它們各自對(duì)全球海平面的影響并不大。

然而，南極洲西部的本特利冰河下溝谷，以及南極洲東部的一些深層地區(qū)（包括威爾克斯和奧羅拉盆地）的表現(xiàn)可能會(huì)完全不同。如果其中一個(gè)撤退到下一個(gè)高地，就可能在全球范圍內(nèi)產(chǎn)生顯著影響。模型指出，思韋茨冰川的回撤路線最有可能進(jìn)入本特利冰河下溝谷以及臨近的盆地。如果它像雅各布港冰川那樣向內(nèi)部回撤，融冰過程可能會(huì)使海平面上升3.5米，然后在溝盆另一側(cè)的高地穩(wěn)定下來。如果南極東部盆地上的冰川融化，可能會(huì)比思韋茨地區(qū)融化使海平面抬升更高，但它們需要更大幅度的變暖，才能使冰川進(jìn)入融化過程。

然而這種情況并不是什么奇特的現(xiàn)象。當(dāng)溫度足夠高時(shí)，冰層就會(huì)回撤，當(dāng)?shù)诌_(dá)下一個(gè)高地時(shí)才會(huì)穩(wěn)定。這在過去和現(xiàn)在都曾反復(fù)出現(xiàn)過。如果思韋茨變得足夠溫暖，開始像格陵蘭和阿拉斯加的冰川一樣開始融化，那它就該回撤了。

5.思韋茨冰川要崩塌嗎

思韋茨回撤的過程能有多快？氣溫升高多少，它才會(huì)回撤？

賓夕法尼亞州立大學(xué)的戴維·波拉德（David Pollard）、馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的羅伯特·M·德康托（Robert M. DeConto）和同事構(gòu)建了一個(gè)冰流模型。這個(gè)模型希望利用物理學(xué)原理，在運(yùn)行速度足夠快的先進(jìn)計(jì)算機(jī)上，模擬冰蓋在長時(shí)間尺度上的巨大變化。在冰架破裂，冰山從懸崖上崩解出來的過程中，我為他們提供了一點(diǎn)幫助，尤其是當(dāng)表面融水向下壓開裂縫時(shí)。

波拉德和德康托對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化，從而匹配地質(zhì)歷史的記錄，以及評(píng)估各種人為變暖的影響。他們相信，即使氣候快速變暖，我們也需要幾十年的時(shí)間才有可能遭遇思韋茨冰川冰架垮塌和融水使裂縫系統(tǒng)擴(kuò)大的問題。思韋茨至少需要一個(gè)世紀(jì)才有可能徹底崩塌。不過，他們并不確定冰川會(huì)以多快的速度融化，所以他們?cè)O(shè)定了一個(gè)與雅各布港冰川在格陵蘭島的融化速度相當(dāng)?shù)淖畲笏俣龋ㄊ聦?shí)上，雅各布港冰川的融化已經(jīng)超過了這個(gè)速度）?？墒牵柬f茨更厚，可以形成比雅各布港更高的懸崖，而更高的懸崖往往破碎更快。所以我們很有可能低估了最壞情況，但我們確實(shí)不知道會(huì)這樣。

這其實(shí)是一個(gè)很好的模型，但它肯定不是波拉德和德孔托等人的最終結(jié)論。目前最希望發(fā)生的是，思韋茨冰川可以穩(wěn)定在海溝下坡方向一個(gè)稍微隆起的山脊上，這個(gè)位置就在之前的高點(diǎn)后方，距離不遠(yuǎn)，后面的深溝還保留了很大的空間。或者，冰山斷裂后，在目前山脊的后方堆積一段時(shí)間，從而減少冰川的流失，形成新的冰架，進(jìn)一步減少冰體向海洋滑動(dòng)的可能。

為了解決以上問題，美國科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation）和英國南極調(diào)查局（British Antarctic Survey）聯(lián)合國際合作者，共同開展了一項(xiàng)重大項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目可以了解更多關(guān)于思韋茨的歷史、冰川的流動(dòng)，以及當(dāng)流動(dòng)發(fā)生時(shí)海底表面究竟發(fā)生了什么。研究或許可以幫助我們更好地預(yù)測未來，項(xiàng)目中收集的數(shù)據(jù)也很迷人，幾乎可以確定能夠減少很多不確定性。

然而，有些問題可能還是難以回答。想想那些掉在堅(jiān)硬地板上的陶瓷咖啡杯。有些彈了起來、有些裂了縫，有些碎成了幾瓣，而有些則碎裂成上百萬塊碎片?？Х缺榱训奈锢磉^程是眾所周知的，也很容易計(jì)算出來，因此杯子掉落的總體情況是可以預(yù)測的。但是，沒人敢押上自己的職業(yè)生涯，或者其他重要的事情，去預(yù)測某一個(gè)杯子落地后會(huì)變成什么樣子。

思韋茨的未來在很大程度上取決于裂縫系統(tǒng)。冰架是否會(huì)從不斷為它提供補(bǔ)給的冰蓋中斷裂開來？冰蓋是否會(huì)越過隆起，向盆地深處回撤？如果冰架的崩解在冰蓋的前沿形成一個(gè)比地球上任何現(xiàn)存冰崖都要高的懸崖，會(huì)導(dǎo)致我們前所未見的快速大撤退嗎？冰雪融化成水的過程也很重要，但是有多少水會(huì)從河流流向大海，又有多少會(huì)滲入雪中重新凍結(jié)？空氣變暖的速度有多快？相比之下，我覺得咖啡杯的問題更容易預(yù)測。

如果世界各國能夠集中力量，減緩和阻止溫室氣體排放造成的氣候變暖，減輕沿海地區(qū)日益加劇的破壞程度，海平面上升的過程或許會(huì)減緩。但如果思韋茨迅速后退，通過限制人類活動(dòng)造成的環(huán)境破壞，從而防止氣候變暖，可能會(huì)更有價(jià)值。

融化后的冰水正在滲入格陵蘭島的冰蓋中，這會(huì)加速它向海洋下沉的過程——這是南極洲即將發(fā)生的事情的標(biāo)志。

作者：理查德·B·艾利（Richard B. Alley），系賓夕法尼亞州立大學(xué)地球科學(xué)系教授，他研究冰蓋長達(dá)40多年，曾就各種氣候問題為美國政府提供咨詢和建議

翻譯：魏小潔