形态各异的冰:地球曾是一个“大雪球”
2019-02-15 13:07:07   来源:化石网   评论:0 点击:

形态各异的冰:地球曾是一个大雪球(化石网报道)据新浪科技(任天):国外媒体报道,我们可以在世界各地发现各种各样形态的冰。冰不仅仅是水被冷冻的结果,各种形态的冰可以告诉我们其所处环境的故事,包括它们


形态各异的冰:地球曾是一个“大雪球”
 
(化石网报道)据新浪科技(任天):国外媒体报道,我们可以在世界各地发现各种各样形态的冰。冰不仅仅是水被冷冻的结果,各种形态的冰可以告诉我们其所处环境的故事,包括它们如何随季节变化并显示地球气候变化趋势。

科学家研究了从冰盖、冰川等大型冰层结构深处采集的样品,揭示了当地气候在数百年时间里的变化,并帮助预测了未来的气候变化趋势。接下来,就让我们来了解世界各地不同类型的冰,以及用来描述它们的术语。

冰川

根据美国国家冰雪数据中心(National Snow and Ice Data Center,简称NSIDC)的介绍,冰川是陆地上的大型淡水冰体,来源于积雪,最终由于自身过于沉重而被压缩成冰。冰川的范围从一个足球场(长度110米左右)到数百公里不等,在每个大陆都有分布。

从本质上来说,冰川其实是较小的冰帽和冰盖,它们都是规模庞大的冰体,可以缓慢地穿过地表景观,无论其下方是什么。本杰明·爱德华兹(Benjamin Edwards)是美国宾夕法尼亚州狄金森学院的火山学家,主要研究冰川和火山的相互作用,他表示,这些缓慢移动的巨大冰体可以横越整个山脉甚至活火山。

冰川会在与海洋相遇的地方停止生长,较温暖的咸水融化了淡水冰体的边缘。贾斯汀·伯顿(Justin Burton)是美国佐治亚州埃默里学院的物理学家,主要研究冰川消失的物理学机制。他表示,海水温度的不断升高加快了冰川和其他冰体(比如海洋中的冰山或海洋边缘的冰架)的融化速度。冰川是指示气候变化的最佳指标之一,因为它们在短短几天的时间尺度内就会经历可见的变化。

冰山

根据美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的介绍,冰山是海洋中漂浮的大块冰体,它们从冰川、冰盖或冰架上断裂并落入海洋。一块浮冰如果要成为冰山,其海平面以上的高度要在4.9米以上,厚度在30到50米之间,覆盖面积至少为500平方米。

根据美国国家冰雪数据中心的介绍,因为太小而不能归为冰山的浮冰会被赋予更加丰富多彩的名称。例如,“冰山块”(bergy bit)通常是指从冰山上碎裂、宽度不到5米的冰块;“小漂冰”(growler)要更小一些,大约与一辆皮卡车相当;“碎冰”(brash ice)就更小了,通常宽度在2米以下。

冰山不一定要像山峰一样,有时也可以呈平板状,这表明它是从冰架边缘断裂的。在北极还有“冰层岛屿”(ice islands),这些巨大的矩形冰体通常具有平坦的顶部,与侧面几乎垂直。

冰盖

冰盖是世界上最大的冰体形态,指的是覆盖了超过5万平方公里陆地的连续冰川。地球上只有3个冰盖,分别是格陵兰冰盖、东南极冰盖和西南极冰盖。在末次冰期,冰盖还曾经覆盖了北美洲、南美洲和欧洲北部的大片地区。

据美国国家冰雪数据中心介绍,目前地球上超过99%的淡水都被保存在格陵兰岛和南极洲的冰盖中。科学家估计,如果格陵兰岛的冰盖融化,海平面将上升大约6米;而如果南极洲的两个冰盖融化,海平面将上升约60米。不过,这些冰盖的融化需要数百年的时间。

过去几十年里,南极洲的部分冰盖正在逐渐融化。本杰明·爱德华兹表示,尽管看起来只有相对少量的冰盖融化,但已经足以导致大陆的升高,就像末次冰期末段的冰岛一样。当时,冰岛经历了一段火山活动增加的时期,可能正是由于地壳在冰体重压减轻之后的反弹。同样的情况也可能出现在西南极洲,“不过我们还没有真正了解这一区域,因此也不能确定,”爱德华兹说道。

冰帽和冰原

冰帽是一种巨型的圆顶状冰体,覆盖少于5万平方公里的陆地面积(超过5万平方公里的称为冰盖)。这种冰体结构通常形成于极地,大部分较为平坦,所处海拔较高。瓦特纳冰川(Vatnajökull)就是位于冰岛东南部的一个冰帽,也是欧洲最大的冰帽,覆盖面积约为8100平凡公里,平均厚度为400米。

冰原和冰帽在大小和分布上非常类似,唯一的区别是冰体流动受到周围环境影响的方式。冰原包含着从冰体表面突出、可以改变冰体流动的山脉和山脊,就像溪流中分开水流并露出水面的巨石。相比之下,冰帽通常以山丘最高点为圆顶中心,冰体从中心向边缘移动。因此,冰帽并不受限于地形,而冰原受限于地形,也不像冰帽那样具有帽形外观。

冰混合物

冰混合物(ice mélange)本质上是一种大型的“冰泥”,形成于由海冰、冰山和小型浮冰组成的冰川峡湾中。当海流和海面风无法将冰块移出峡湾时,就会导致冰混合物形成,并成为冰川和海洋之间的部分边界。

贾斯汀·伯顿表示,冰混合物被认为是世界上最大的颗粒物质,因为冰泥中含有大量的悬浮沉积物和液体。

由于冰混合物不是固体冰,因此相对温暖的海水可以通过冰混合物渗透到冰川表面。这一特征意味着冰混合物对冰川断裂的程度,以及有多少淡水进入峡湾有重要影响。

冰架

根据美国国家冰雪数据中心的说法,地球上绝大多数冰架都位于南极洲的海岸附近,但是在其他陆地冰体(比如冰川)流入寒冷海洋的地方,也可以发现冰架的存在。冰架由连接陆地且浮在海上的大片水冰组成。当冰川或冰原的冰缓慢流入海洋时,由于海水温度较低,冰块不会立即融化,来自冰川的更多冰流便逐渐累积,形成了冰架。

冰流

冰流是冰盖中的“河流”,其流动速度相对快于周围的冰体,通常每年平均移动800米。

格陵兰岛的雅各布港冰川(Jakobshavn Glacier)是世界上流速最快的冰川,有时被归类为冰流。根据2014年发表在《冰雪圈》(Cryosphere)期刊的一篇文章,雅各布港冰川每年移动的速度是17公里。

海冰

海冰是冰冻的盐水,存在于偏远的极地海洋中。据美国国家冰雪数据中心的数据,海冰平均每年覆盖的面积约为2500万平方公里。

海冰对极地地区的生态系统和气候至关重要,并且可能影响海洋环流和全球气候。这些盐水冰块可以最大限度地降低波浪和风的作用,从而减少海岸线附近冰架和冰川受到的侵蚀;另一方面,它们还能创造一个绝缘的表面,减少水的蒸发和损失到大气中的热量。在温暖的夏季,融化的海冰会将营养物质释放回海洋,并使海面暴露在阳光之下,这两者都会刺激浮游植物生长,而浮游植物是海洋食物网的基础。

随着地球气候的快速变化,海冰的融化速度已经比重新冻结的速度更快。这一现象在北极尤为明显,那里的海洋和陆地温度上升速度比地球其他任何地方都快。

雪球地球

根据《达特茅斯本科生科学期刊》(Dartmouth Undergraduate Journal of Science)的报道,地球上曾经存在过一个“雪球地球”时期。当时地球绝大部分区域都被冻结。

“在7.5亿到5.8亿年前发生的4次冰期可能非常剧烈,以至于地球的整个表面,从南极到北极,包括各个海洋都完全冻结了,”埃默里大学牛津学院的环境科学家梅丽莎·海奇(Melissa Hage)说,“一旦极地海洋开始冻结,被白色表面反射出去的阳光就更多,从而增强了冷却效应。”

科学家估计,在这些冰期中,地球上的平均温度降低到了零下50摄氏度,水循环(水在大气、海洋和陆地之间的循环)也停止了。

但是,对于地球是否完全冻结还存在一些争议。如果在赤道地区还存在一些泥水或开放水体,那阳光可以照入水中,使一些生物能存活下来。

科学家认为,在某些时候,大气中二氧化碳含量的增加(最有可能是火山爆发)会使气温升高,最终重新启动水循环。在二氧化碳的基础上,空气中水蒸气的增加会触发一段升温时空的时期,使地球温度在几百年里上升到50摄氏度。地球轨道或轴向倾斜的细微改变最终使地球的平均温度稳定在目前能支持生命的14.9摄氏度水平上。

加州大学古生物博物馆称,研究显示寒武纪生命大爆发就发生在雪球地球时期结束的时候。寒武纪生命大爆发开始于5.42亿年前,持续了大约4000万年,其化石记录中出现了绝大多数的动物门类。

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