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新的NASA研究支持西南极热源理论

发布时间:2018-05-15 点击量:14

在南极冰盖下流动的水的插图。蓝色的圆点代表湖泊,线条显示河流。 Marie Byrd Land是通往南极半岛左侧中心的鼓胀“肘”的一部分。学分:NSF / Zina Deretsky

来自美国宇航局的新研究表明,被称为地幔柱的地热热源位于南极玛丽伯德地块的下方,解释了一些融化造成了冰盖下的湖泊和河流。虽然热源对西南极冰盖不是一个新的或日益增加的威胁,但它可能有助于解释为什么早期气候变化迅速崩溃,为什么今天如此不稳定。

冰盖的稳定性与多少水从下面润滑有很大关系,使得冰川更容易滑动。了解西南极地区融化水的来源和未来,对估计未来冰川可能丢失到海洋的速率很重要。

南极洲的基岩与河流和湖泊相连,其中最大的是伊利湖的大小。许多湖泊迅速填满并流失,迫使它们上方数千英尺的冰面上升和下降多达20英尺(6米)。这项议案使科学家能够估计基地内必须存在的水和多少水。

大约30年前,丹佛科罗拉多大学的一位科学家提出,Marie Byrd Land下的地幔柱热可能解释区域火山活动和地形穹顶特征。最近的地震成像支持了这个概念。她说,当美国宇航局喷气推进实验室的加利福尼亚州帕萨迪纳的赫莲娜·塞鲁西首次听到这个想法时,“我认为这太疯狂了。” “我没有看到我们怎么能有这么多的热量,而且还有冰块。”

由于很少有从冰下直接测量的结果,JPL的Seroussi和Erik Ivins总结出通过数值模拟研究地幔柱思想的最佳方法。他们使用了冰盖系统模型(ISSM),这是对JPL和加州大学尔湾分校科学家开发的冰盖物理学数值描述。 Seroussi加强了ISSM,以捕获来自冷冻,融化和液态水的自然热源和热量输送;摩擦;和其他进程。

为了保证模型的真实性,科学家们利用NASA IceSat卫星和机载IceBridge冰雹运动对冰盖表面高度的变化进行了观测。 “这些对可允许的熔化率 - 我们想要预测的事情有着强大的限制,”伊文斯说。由于可能的地幔柱的位置和大小是未知的,他们测试了多种参数的物理可能性的全部范围,产生几十种不同的模拟。

他们发现地幔柱的能量通量不得超过每平方米150毫瓦。相比之下,在没有火山活动的美国地区,来自地幔的热通量为40至60毫瓦。在黄石国家公园 - 一个着名的地热热点 - 从整个公园平均每平方米200毫瓦左右的热量,虽然单个地热功能,如喷泉更热。

Seroussi和Ivins使用高于150毫瓦/平方米的热流进行的模拟显示,太多的熔化与基于空间的数据相兼容,除了在一个地方:罗斯海内陆地区,因为水流强烈而闻名。该地区需要每平方米至少150-180毫瓦的热流量才能符合观测结果。然而,地震成像显示,该地区的地幔热可能通过裂谷到达冰盖,即非洲大裂谷出现的地壳裂缝。

地幔柱被认为是通过地球地幔升起的狭窄的热岩流,并像地壳下的蘑菇盖那样展开。材料的浮力,一些熔化,导致地壳向上凸起。 20世纪70年代,地幔柱理论被提出来解释远离构造板块边界的地热活动,如夏威夷和黄石。

玛丽伯德陆地地幔柱形成于五千万到一亿一千万年前,早在南极西部冰原诞生之前。在11,000年前的最后一次冰期结束时,当全球天气模式的变化和海平面上升时,冰盖经历了一段快速持续的冰失时期,推动温暖的水靠近冰盖 - 就像今天发生的一样。 Seroussi和艾文斯认为地幔柱可能会促成这种快速损失。

出版物:Helene Seroussi等,“西南极地幔柱对冰盖基底条件的影响”,地球物理研究期刊:固体地球,2017; DOI:10.1002 / 2017JB014423

资料来源:喷气推进实验室Alan Buis