科學家在北極海底發現神秘的現代水下冰結構
一群國際研究人員利用蒙特雷灣水族研究所（MBARI）的先進水下技術探索和記錄了偏遠北極地區水下景觀的變化，重點研究了永久凍土融化和新冰形成的影響。蒙特雷灣水族研究所（MBARI）的研究人員與一個國際團隊合作，在偏遠的北極地區加拿大波弗特海邊緣發現了大面積的水下冰層。 這項發現揭示了導致海底永久凍土冰持續形成的一個以前未知的過程。
由加拿大海洋生物資源研究所（MBARI）高級科學家查理-保爾（Charlie Paull）領導的國際研究小組利用該研究所先進的水下技術，記錄了北冰洋偏遠地區海底雕刻的動態過程。 研究團隊在加拿大波弗特海發現了大型水下冰層。 這項發現揭示了海底永久凍土冰正在形成的一種意想不到的機制。 圖片來源：Dave Caress © 2022 MBARI
在MBARI 先前的一項研究中，研究人員在這一地區的海底觀察到了巨大的隕石坑，這是由於淹沒在水下的古代永久凍土解凍造成的。 在隨後的一次考察中，MBARI 的研究人員和來自韓國極地研究所(KOPRI)、韓國地球科學和礦產資源研究所、加拿大地質調查局以及美國海軍研究實驗室的合作者在探索這些隕石坑的側面時，觀察到了裸露的海底永久凍土冰層。
利用美國微生物資源研究所（MBARI）的MiniROV 對北極海底進行的勘測發現了新的永久凍土冰層（黑色），這些冰層是融化的永久凍土釋放出的地下水在接近寒冷的海底表面時重新凍結而形成的。 這代表了一種先前未曾預料到的海底永久凍土形成機制。 圖片來源：© 2022 MBARI
最近發現的冰層與上一個冰期形成的古代永久凍土層不同，而是在當今條件下形成的。 這種冰是在更深層的古代海底永久凍土融化時產生的，形成的鹹水地下水在接近海底時上升並重新凍結，而海底的環境溫度大約為攝氏-1.4度（29.5度華氏度）。
北極地區海底形態複雜，既涉及很久以前淹沒在海底的古老永久凍土的融化，也涉及釋放出的海水重新凍結時現代海底的變形。
MBARI 的自主海底測繪機器人可以將海底的水深可視化到一米見方（11 平方英尺）的網格分辨率，也就是大約一張餐桌的大小。 圖片來源：Dave Caress © 2022 MBARI
上一個冰期過後，海平面上升，覆蓋了北極大陸架上的古老永凍土。 由於熱量從地球流出，這片古老永凍土的底部正在緩慢地變暖和融化–造成北極海底永凍土融化的原因是更為古老和緩慢的氣候變化，而不是人類驅動的氣候變化。 當這些水遷移到較冷的海底時，就會凍結。 凍結的冰層推起了冰脊和冰丘。 海水滲入起泡的海底表面，融化冰層，留下巨大的天坑。 海底附近鹽度的巨大變化和溫度的微小變化之間的動態相互作用推動了這個過程。
研究小組在《地球物理研究雜誌》上發表了這些新發現。
“我們的工作表明，永凍土冰層正在海底附近的廣大區域積極形成和分解，形成了一個動態的水下景觀，其中有巨大的天坑和覆蓋著沉積物的大型冰丘，”該研究的第一作者、MBARI 的地質學家查理-保爾（Charlie Paull）說。 “這些巨大而持續的海底變化對決策者在北極水下基礎設施方面的決策有著巨大的影響”。
自2003年以來，MBARI一直參與國際合作，對加拿大北極大陸棚邊緣的海底進行研究。 由於氣溫升高導致海冰消退，科學家最近才得以進入這一偏遠地區。
加拿大波弗特海（Canadian Beaufort Sea）大陸棚邊緣的獨特地形，包括迅速形成的巨大隕石坑和大型土丘，都是透過海洋生物資源研究所（MBARI）的海底測繪自動潛航器進行反覆勘測後發現的。 圖片來源：Eve Lundsten © 2022 MBARI
加拿大研究人員在2010 年進行的測繪調查首次發現了該地區獨特的崎嶇海底地形。 2013 年，MBARI 研究人員及其合作者在該地區進行了首次高解析度測繪調查。 研究團隊利用MBARI 的自動潛航器(AUV)，詳細記錄了海底地形。
在12 年的時間裡，研究小組在這一地區進行了五次測繪，其中兩次是在加拿大的研究船上進行的，另外三次是利用MBARI 的先進水下技術進行的，結果發現海底有65 個新形成的隕石坑。 最大的隕石坑有一個城市街區的六層樓那麼大。
2022 年，研究小組搭乘KOPRI 的破冰研究船Araon 號返回北極。 他們首先利用MBARI 的兩艘海底測繪自動潛航器來確定最近形成的隕石坑。 然後，他們利用甲基溴研究所的微型遙控潛水器對這些特定的隕石坑進行了目測。 這種便攜式遙控潛水器由MBARI 工程師開發，可為各種科學任務進行設定。 它配備了相機和採樣設備，是研究北極海底不可或缺的設備。 研究人員在利用微型遙控潛水器探索海底時，觀察到最近形成的兩個大型海底隕石坑內的冰層。
這些地層和周圍海底沉積物樣本的同位素分析證實，冰來自鹹水地下水，部分是由海底上升的古老永久凍土融化形成的。 上升的地下水在海底附近重新凍結，形成廣泛的海底下冰層，使海底起泡，形成冰丘。
MBARI 高級科學家查理-保爾（Charlie Paull，左二）領導的國際研究小組揭示了在北冰洋偏遠地區海底形成巨大隕石坑和新的海底永久凍土冰的動態過程。 圖片來源：Dave Caress © 2022 MBARI
溫度和鹽度的微小變化造成了上升鹹水地下水的凍結和近海底冰層的融化之間的變化。 這些持續不斷的過程相互配合，形成了由無數窪地和不同年代的冰丘組成的壯觀的海底景觀。
保爾說：”這些發現顛覆了我們對水下永久凍土的假設。”我們以前認為所有的水下永久凍土都是上一個冰河時期遺留下來的，但我們了解到，現代海底的水下永久凍土冰也在積極形成和分解”。
這些海底冰層的形成過程以前從未被考慮過，可能發生在底層水溫低於攝氏零度的地方。
“這項發現意味著，我們以前用來定位海底永凍土的技術並不適用於我們最近在北極發現的近海底冰層類型。我們現在需要重新研究北極大陸架下可能存在永久凍土的地方。 “
編譯自/ SciTechDaily