3D雷达扫描提供有关标志性阿拉斯加冰川威胁的线索

对阿拉斯加最具标志性的冰川之一马拉斯皮纳冰川进行的详细“身体扫描”显示，它的大部分位于海平面以下，并且被可能允许海水进入的通道削弱，如果它的沿海屏障被侵蚀的话。这使得冰川比之前认为的更容易受到海水入侵的影响，并可能导致它比预期更快地退缩。

亚利桑那大学研究人员在地球物理研究杂志上发表的研究结果强调了一个非常大的冰川系统的脆弱性，它可能导致大量冰和国家公园管理局土地的损失，并将为全球贡献可测量的体积海平面上升。

“这条冰川的消失可能是本世纪阿拉斯加冰川最大的一次冰消失，”该研究的主要作者、亚利桑那大学地球科学系的博士生布兰登托伯说。

托伯说，在全球气温上升的情况下，马拉斯皮纳冰川前面的区域是一个永久冻土带，地表下有纯冰，正在“消瘦”。永久冻土是指保持冻结两年或更长时间的地面。

“随着这个沿海屏障被侵蚀并让位给大型泻湖，主要是通过冰崖的崩塌，海水最终可能会进入冰川，”托伯说。“一旦它到达冰川前方，它可能会更快地融化冰层并引发冰川退缩。”

马拉斯皮纳冰川位于阿拉斯加东南海岸，形成广阔的冰原，是世界上最大的山前冰川，这种冰川从陡峭的山脉流向广阔的平原，基本上形成了一个“冰饼”，溢出到广阔的平原上圣埃利亚斯山脉的沿海平原。一道薄薄的陆地屏障将冰川与阿拉斯加湾相对温暖的水域隔开。历史卫星图像显示，这些水体随着时间的推移不断扩大，在过去几十年中直接在冰川前形成了一个泻湖系统。

在沿着马拉斯皮纳冰川飞行时拍摄的延时视频，从海岸一直到圣埃利亚斯山脉。图片来源：BrandonTober/亚利桑那大学地球科学系

托伯说，传统上，研究人员依靠数学模型来测量冰川的厚度，但他们准确预测冰川厚度的能力差异很大。这些模型通常依赖于测量冰川在地表移动的速度来预测冰川的深度，类似于使用河流的水流速度来了解其深度和河床形状的方式。

“我们知道阿拉斯加的冰川在许多地方正在迅速融化和变薄，但我们无法准确知道它们的厚度，因此我们无法准确预测未来的质量损失，”托伯说。“如果我们不知道厚度和地层地形，我们就无法准确模拟它们未来的演化。”

为了更好地了解Malaspina的未来，研究人员需要对其形状和厚度进行详细的“身体扫描”。为此，托伯的研究小组使用了亚利桑那无线电回声测深仪(ARES)，这是一种由JackHolt领导的团队设计和制造的仪器，JackHolt是UArizona月球和行星实验室和地球科学系的教授，也是该论文的合作者之一-作者。霍尔特的研究小组专门使用地球物理研究方法(主要是雷达)来研究地球和火星的特征。

作为冰桥行动的一部分，ARES安装在一架飞机上，该任务的任务是测量2009年至2021年间飞机在格陵兰、阿拉斯加和南极洲的冰川、海冰和冰盖厚度的年度变化。

当飞机穿过广袤冰冷的广阔区域时，它的透冰雷达对冰川进行了“X射线扫描”，从而对冰川和下方的基岩进行了全面的“3D人体扫描”。测量结果显示，马拉斯皮纳冰川大部分位于海平面以下，并在其河床上被数条河道切割，这些河道从冰川与海岸的交汇处向圣埃利亚斯山脉的源头延伸至少21英里。

研究人员在他们的论文中写道，冰川相对于海平面的位置及其沿海屏障的持续丧失可能为海水沿着这些通道进入大面积冰川床提供途径。假设这会导致大规模的冰块脱落和冰川消退，研究人员得出结论，马拉斯皮纳有可能为海洋贡献560立方千米(或134立方英里)的冰。换句话说，仅Malaspina一项就可以使全球海平面上升1.4毫米，或略低于1/16英寸。

在这张将马拉斯皮纳冰川与太平洋分隔开的陆地地带的航拍照片中，可以看到在巨大的地面冰顶上生长的植被——一片有裂缝的森林。研究人员说，随着冰崖崩塌并形成越来越广阔的泻湖，这个沿海屏障“逐渐消失”。图片来源：BrandonTober/亚利桑那大学

“这听起来可能并不多，但从长远来看，所有阿拉斯加冰川加起来每年对全球海平面上升的贡献约为0.2毫米——这一速度超过了地球上除格陵兰和南极冰盖之外的所有其他冰川区域，“托伯说。

据托伯的团队称，这项研究使马拉斯皮纳成为阿拉斯加雷达测绘范围最广的冰川。虽然世界其他地区的冰川已绘制成类似的详细程度，但阿拉斯加的冰川却无法进行准确测量，因为它们由所谓的温带或“暖”冰组成。

“冰川的裂缝中经常有水，这使得很难将雷达能量传到冰川底部并返回到仪器中，”托伯说。

克服这一挑战是构建ARES的部分动机。

雷达扫描显示，冰川学模型高估了马拉斯皮纳的体积超过30%。尽管如此，据测量，冰川的中心厚度刚刚超过半英里，其体积是瑞士阿尔卑斯山所有冰川总体积的10倍。

托伯说：“我们可以推测，冰川下方的通道，即大槽，正在引导从海岸流出的融水。”

在过去的几十年里，观察到马拉斯皮纳前陆广阔的泻湖，这在很大程度上让包括霍尔特在内的一组研究人员意识到马拉斯皮纳冰川前面的海岸屏障正在消退，这引发了人们对冰川稳定性的质疑。该团队由来自亚利桑那大学、阿拉斯加费尔班克斯大学、蒙大拿大学和国家公园管理局的研究人员组成，获得了美国国家科学基金会的资助，以进一步调查世界上最大的山前冰川的潜在消亡。

SydneyMooneyham是这篇论文的合著者，毕业于亚利桑那大学地理、发展与环境学院，在Landsat拍摄的大约50年的图像中绘制了马拉斯皮纳前陆广阔的泻湖，这是一系列为研究和监测地球陆地而发射的地球观测卫星。

托伯说，关注马拉斯皮纳冰川的另一个动机来自于它位于美国最大的国家公园兰格尔圣埃利亚斯国家公园和保护区内。据国家公园管理局称，它占地1320万英亩，比黄石国家公园、优胜美地国家公园和瑞士的总和还要大。

托伯说：“马拉斯皮纳的潜在损失和阿拉斯加海岸线新海湾的开放可能是我们在本世纪目睹的美国境内最大的景观转变，它可能导致多达500平方英里的损失公园用地。”