研究人員在南極冰層下發現地下水，研究人員計算出，如果他們能將地下水從沉積物中擠壓到地表，將能形成一個深達220至820米的湖泊。研究人員在南極冰層下發現地下水。
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在南極洲冰層以下的沉積物中，科學家首次發現了一個巨大的地下水系統。根據日前發表在《科學》雜誌上的新研究，這一地下水系統可能與溼海綿一樣稠密，揭示了該地區未被勘探的部分，並可能對南極洲如何應對氣候危機產生影響。
覆蓋南極洲的冰蓋並不是一個堅硬的整體。南極洲的研究人員近年來發現了數百個相互關聯的液態湖泊和河流，它們蘊藏在冰層中。但這是第一次在冰下沉積物中發現大量液態水。
研究人員集中研究了約96.6公里寬的惠蘭斯湖冰流，這是流向世界上最大的羅斯冰架的六條冰流之一。
研究人員使用大地電磁成像技術，在2018—2019年測量了地下水，並繪製了冰層下的沉積物地圖。該技術可以檢測冰、沉積物、基岩淡水和鹽水傳導的不同程度的電磁能，並根據這些不同的信息源創建地圖。這項研究是第一次使用這種技術來尋找冰川下的地下水。
研究人員計算出，如果從100平方公里的沉積物中擠出地下水，那麼它將形成一個220米到820米高的水柱，至少是冰層內和冰層底部淺水系統的10倍，甚至可能比這還要高得多。
該研究的主要作者、美國加州大學聖地亞哥分校斯克裏普斯海洋研究所的博士後研究員克洛伊·古斯塔夫森打比方說，美國帝國大廈高達420米，
“在較淺的一端，南極冰層地下水水柱可以達到帝國大廈的一半高。在最深的一端，幾乎達到了兩座帝國大廈堆疊在一起的高度。這一點很重要，因爲這一地區的冰下湖泊有2到15米深，僅僅只是帝國大廈的一到四層樓高”。
測繪顯示，隨着地下水的深入，水變得越來越鹹，這是地下水系統形成的結果。
海水可能在5000至7000年前的溫暖時期到達該地區，使沉積物被鹹海水浸透。當冰層前進時，由上方壓力和冰基摩擦產生的新鮮融水被迫進入上部沉積物。研究論文合著者、哥倫比亞大學地球與環境科學副教授克里·基稱，現在它可能會繼續向下過濾並混合到地下水中。
研究人員表示，需要做更多的工作來了解地下水發現的影響，特別是與氣候變化和海平面上升有關的影響。
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研究人員首次發現了南極冰流下的地下水。這一發現證實了科學家們已經懷疑但直到現在還無法驗證的事實。科學家們需要來自南極冰蓋所有部分的數據以瞭解該系統如何運作以及它是如何隨着時間的推移對氣候作出反應而變化。
這項研究讓人們看到了南極冰蓋中一個以前無法進入和未被探索的部分，並且還提高了科學家對它可能影響海平面的理解。
加州大學聖地亞哥分校斯克裏普斯海洋研究所的博士後研究員Chloe Gustafson指出：“冰流非常重要，因爲它們將南極洲約90%的冰從內部輸送到邊緣。這些冰流底部的地下水可以影響它們的流動方式，從而有可能影響到南極大陸上的冰的運輸方式。”
儘管研究小組只對一條冰流進行了成像，但在南極洲還有很多。Gustafson說道：“這表明，在更多的南極洲冰流下面可能有地下水。”
來自斯克裏普斯海洋學和哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的一個科學家團隊領導了這個項目。Gustafson和六位合作者在2022年5月6日的《科學》上報告了他們的`發現。
這項研究的報告共同作者、斯克裏普斯冰川學家和斯克裏普斯極地中心的共同主任Helen Amanda Fricker說道：“從我們對地球如何運作的理解來看，南極洲下面有地下水，這一直是一個假設，但我們之前一直無法測量它。”
研究人員在2018-2019年的野外季節通過使用一種稱爲磁電法的地面地球物理電磁(EM)方法測量地下水。該方法利用地球電場和磁場的變化來測量地下的電阻率。這項研究是第一次使用這種方法來尋找冰川冰川下的地下水。
Fricker表示：“這種技術通常沒有在極地環境中使用過。這很好地證明了這項技術的威力及它不僅能給我們帶來對南極洲的瞭解，而且還能給格陵蘭島和其他冰川地區帶來多大的瞭解。”
自20世紀90年代以來，該技術一直在南極洲使用，但那些研究旨在對深度遠低於10公里的深層地殼特徵成像。然而這些研究確實產生了一個效果，即證明了科學家也可以在冰和雪上使用磁遙感技術。
Gustafson表示：“我們採用了他們的例子，並將其應用於一個淺層的水文問題，在5公里的冰下環境中。”
在過去的十年時間中，機載電磁技術被用來對麥克默多幹谷的一些薄冰川和永久冰凍區下面的100到200米的淺層地下水進行成像。但這些技術只能看穿約350米的冰層。
Gustafson及其同事收集數據的惠蘭斯冰川其厚度約爲800米。他們的新數據填補了以前那些深層和淺層數據集之間的一個巨大空白。
哥倫比亞大學地球和環境科學副教授、斯克裏普斯海洋學系校友Kerry Key指出：“我們從冰牀到約五公里甚至更深的地方進行了成像。”
“我的希望是，人們將開始把電磁學視爲標準南極地球物理工具箱的一部分，”Gustafson說道。
據瞭解，這項新研究是基於被動收集的、自然產生的磁電信號來測量電阻率的變化。
Gustafson表示，由於淡水會在他們成像中跟鹹水顯示出很大的不同，所以這相當於告訴了他們關於地下水的特徵。
中華盛頓大學的合作者Paul Winberry提供的地震成像數據則增強了電磁測量的效果。這些數據證實了在現場團隊的磁電測量之間的60英里範圍內存在着埋藏在冰雪之下的厚重沉積物。
研究人員計算出，如果他們能將地下水從沉積物中擠壓到地表，將能形成一個深達220至820米的湖泊。
Key指出，地下水可能存在於其他行星或衛星的類似條件下，而它們正在從其內部釋放出熱量。“你可以想象在液體的內部有一個冰凍的蓋子，不管它是完全的液體還是液體飽和的沉積物。你可以認爲我們在南極洲看到的東西可能類似於你在木衛二或其他一些冰雪覆蓋的行星或衛星上發現的東西。”
此外，冰川下的地下水的存在對大量碳的釋放也有影響，這些碳以前則是由適應海水的微生物羣落儲存的。
“地下水運動意味着有可能有更多的碳被輸送到海洋中，而不是我們以前所考慮的那，”Gustafson說道。
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長期以來，研究人員一直懷疑南極洲的冰面下可能埋藏着地下水，但直到現在還沒有確鑿的證據。
在5月5日發表於《科學》的一項研究中，科學家給南極洲做了一個“巨型核磁共振”成像研究，並第一次繪製出冰蓋下部分區域的地圖。研究指出，南極洲冰面下隱藏着大量的水。
在南極洲的冰蓋內，相對快速移動的冰通過冰走廊流向海洋。美國加州大學聖迭戈分校的Chloe Gustafson說：“冰流負責將南極洲90%的冰帶到邊緣，所以它們對於瞭解南極洲的冰最終如何進入海洋非常重要。”
“這有點像水滑梯。如果冰流底部有水，它就可以走得很快，但如果沒有水，就走得沒那麼快。”她說，推動冰移動離不開液態水，因爲水可以起到潤滑作用，形成平整面。
研究人員已經知道，冰流和地面之間可能存在淺水池，通常是幾毫米到幾米深。但是Gustafson和同事想知道，在南極洲西部的惠蘭斯冰流下面是否有一個更大的流動水池。
通過測量地震活動和電磁場，研究小組發現了一層千米厚的沉積物，包含了新鮮冰川水和古海水的混合物。其含水量是冰流下面較淺水池的10倍多，而且水似乎在深部區域和淺部區域之間流動。
這種明顯的聯繫表明，地下水可能對控制冰流的速度很重要，同時這一過程對於預測氣候變化對海平面的影響至關重要。
Gustafson表示：“整個南極洲冰蓋含有足以導致海平面上升約57米的水。最終，我們希望瞭解冰從大陸流入海洋的速度，以及對海平面上升的影響。”
