南極洲正被厚厚的冰蓋覆蓋,其面積接近美國國土面積的兩倍,它的陸地邊緣被巨大的漂浮冰架支撐著,這些冰架在南極洲周圍的海面上綿延幾百公里。如今,全球變暖日漸加劇,這些漂浮的冰架會隨著氣溫的升高而消融。當這些冰架崩塌時,它們會引發連鎖效應,那些高聳的冰崖也會崩塌。當大規模的冰進入更低維度的海域後,它們就會融化成水,進而使得海平面上升。
科學家們曾假設,超過90米的冰崖,當失去冰架的支撐後,會在自身重量的作用下迅速崩塌,導致到本世紀末海平面上升超過2米,足以完全淹沒美國波士頓和或日本東京等沿海城市。但現在麻省理工學院的研究人員發現,這種預測可能被高估了。最近發表在《地球物理研究快報(Geophysical Research Letters)》上的一篇論文中,研究小組報告說,為了使一個90米高的冰崖完全崩塌,支撐著冰崖的冰架必須在幾個小時內迅速崩裂,但這種冰的損失率在現代記錄中是從來沒有觀察到的。
麻省理工學院的研究生菲奧娜·克萊爾(Fiona Clerc)說:“大多數的冰架有一公里厚,有些冰架有德克薩斯州那麼大。無論氣候變化情況如何,要讓它們在數小時內崩裂似乎不太可能。”研究人員發現,如果支撐冰崖的冰架在更長的時間內融化,比如幾天或幾週的時間,剩下的冰崖不會在自身重量的作用下突然開裂和坍塌,而是會慢慢流出。之前的假設是,在氣候變暖的情況下,當南極洲的冰架崩塌到海洋中時,它們暴露出高聳的懸崖峭壁或陸地上的冰。如果沒有冰架的支撐,科學家們就認為大陸上非常高的冰崖會崩塌,崩解到海洋中,將更高的冰崖暴露在更遠的內陸地區,而這些冰崖本身也會崩塌,引發失控的冰蓋退縮。
然而今天,地球上沒有超過90米高的冰崖,科學家們認為這是因為任何比90米高的冰崖都無法支撐自己的重量。研究人員開發了一個矩形冰塊的簡單模擬,來表示一個理想的冰蓋(陸地上的冰),最初由一個同樣高的冰架(水面上的冰)支撐。他們以不同的速度縮小冰架,並觀察暴露在外的冰崖如何隨著時間的推移而做出反應,從而將模擬向前推進。
在他們的模擬中,他們根據麥克斯韋的粘彈性模型設定了冰的力學性質或行為,該模型描述了一種材料從彈性的、橡膠狀的響應轉變為黏性的、蜂蜜狀的行為的方式,這取決於它是快速加載還是緩慢加載。事實證明,冰也是一種粘彈性材料,研究人員將麥克斯韋粘彈性納入了他們的模擬。他們改變了支撐冰架被移除的速度,並預測了冰崖是否會像彈性物質一樣破裂和坍塌,或者像黏性液體一樣流動。
他們模擬了從零米到1000米的不同起始高度或冰厚,以及冰架崩塌的不同時間尺度的影響。最後,他們發現,當一個90米長的懸崖暴露在外時,只有在支撐的冰架被迅速移除的情況下,它才會在數小時內迅速崩塌成易碎的塊狀。結果表明,地球上最高的冰崖不太可能發生災難性的崩塌,並引發失控的冰蓋退縮。這是因為冰架消失的最快速度,至少如現代記錄所記錄的那樣,大約是幾週,而不是幾小時,正如科學家在2002年所觀察到的那樣,當時他們拍攝到了拉森B冰架崩塌的衛星圖像——一塊像羅德島一樣大的冰從南極洲斷裂,進入海中的大量冰塊在兩週的時間裡變成了成千上萬的冰山。
“當拉森B倒塌時,這是一個發生了兩週的極端事件,與我們特別擔心的冰架相比,那是一個很小的冰架,”克萊爾克說:“因此,我們的研究表明,冰崖崩塌可能不會在未來引發大幅度的海平面上升。”