水下机器人更新了对冰架裂缝的理解

康奈尔大学领导的研究发现，裂缝不仅仅是冰上的裂缝，在南极冰架下的海水循环中发挥着重要作用，可能会影响它们的稳定性。

遥控操作的Icefin机器人在罗斯冰架底部的裂缝中爬上爬下，首次对海岸线附近的海洋状况进行了3D测量，这是一个被称为接地区的关键时刻。

信用： Icefin/NASA PSTAR RISE UP/施密特

机器人调查揭示了一种新的环流模式——一种射流将水横向输送到裂缝中——此外还有上升和下降的水流，以及由流量和温度变化形成的各种冰层。这些细节将改善对接地区冰架融化和冻结速率的建模，这些区域几乎没有直接观测，以及它们对全球海平面上升的潜在贡献。

“裂缝将水沿着冰架的海岸线移动到以前未知的程度，并且以模型无法预测的方式，”艺术与科学学院（A&S）天文学系的极地海洋学家和研究科学家Peter Washam说。“海洋利用了这些特征，你可以通过它们为冰架空腔通风。

Washam是10月27日发表在《科学进展》（Science Advances）上的《冰架基底裂缝中融化、冻结和海洋环流的直接观测》（Direct Observations of Melting， Freeze and Ocean Circulation in an Ice Shelf Basal Crevasse）的主要作者。合著者包括由A&S和康奈尔工程学院天文学、地球和大气科学副教授、行星宜居性与技术实验室主任Britney Schmidt领导的Icefin团队成员;以及由奥塔哥大学教授克里斯蒂娜·胡尔贝（Christina Hulbe）及其同事领导的新西兰研究小组的成员。

2019 年底，合作伙伴将 Icefin 车辆（长约 12 英尺，周长不到 10 英寸）部署在用热水钻探的 1,900 英尺钻孔的系绳上，靠近南极洲最大的冰架与坎布冰流的交汇处。这种所谓的接地区是控制冰盖平衡的关键，也是海洋条件变化可能产生最大影响的地方。

例如，在南极洲西部的斯韦特东部冰架下方，海水相对温暖，一个单独的冰鳍探险队详细记录了沿倾斜裂缝壁的融化速率比沿冰架平坦底部的融化速率高10倍，导致接地线迅速后退。

研究人员说，罗斯大陆架下方的水洞较冷，坎布冰流长期以来一直停滞不前，使其成为研究水下条件长期影响的理想场所，更能代表非洲大陆最大的冰架。

在团队三次潜水的最后一次潜水中，高级研究工程师（A&S）马修·迈斯特（Matthew Meister）将Icefin驶入钻孔附近发现的五个裂缝之一。该车辆配备了推进器、摄像头、声纳和用于测量水温、压力和盐度的传感器，在一个斜坡上爬了近 150 英尺，然后从另一个斜坡下降。

调查详细描述了随着裂缝变窄而变化的冰模式，扇形凹痕让位于垂直的凹槽，然后是绿色的海洋冰和钟乳石。裂缝底部的融化和顶部附近结冰的脱盐使水在水平射流周围上下移动，导致两侧融化和冻结不均匀，下游壁的融化更多。

“每个特征都揭示了不同类型的环流或海洋温度与冰冻的关系，”Washam说。“在裂缝中看到如此多的不同特征，在循环中看到如此多的变化，令人惊讶。

研究人员表示，类似的水流可能穿过相邻的裂缝。随着Icefin在Thwaites下发现了类似的模式，他们说，这些发现强调了裂缝在冰架最脆弱的区域运输不断变化的海洋条件（温暖或寒冷）的潜力。

“如果水加热或冷却，它可以在冰架的后部非常剧烈地移动，而裂缝是发生这种情况的手段之一，”Washam说。“当涉及到预测海平面上升时，这在模型中很重要。

康奈尔大学A&S的Icefin团队的其他成员包括康奈尔天体物理和行星科学中心的访问学者贾斯汀·劳伦斯（Justin Lawrence）;高级研究工程师安德鲁·马伦（Andrew Mullen）;研究工程师弗朗西斯·布赖森（Frances Bryson），17岁;和项目经理Enrica Quartini。该团队还包括佐治亚理工学院的博士生本杰明·赫维茨（Benjamin Hurwitz），施密特开始开发Icefin，作为推进在地球以外冰冷世界中寻找生命的平台。

该研究由RISE UP项目（罗斯冰架和欧罗巴水下探测器）资助，该项目是美国宇航局模拟研究计划行星科学与技术的一部分，由美国国家科学基金会通过美国南极计划提供后勤支持。它得到了新西兰南极研究所、新西兰南极科学平台和惠灵顿维多利亚大学热水钻探倡议的推动。