維基百科

冰下湖

冰下湖（英語：Subglacial lake）是位於冰川下的湖泊，通常位於冰帽或冰蓋下方。由於高壓環境下冰的熔點降低[1][2]，上面的冰以每年數毫米的速度逐漸融化[3]。融水流向低水壓區域並形成液態水體，可與外界分隔數百萬年[1][4]。

沃斯托克湖的衛星圖像（美國國家航空暨太空總署戈達德太空飛行中心）

自從南極冰蓋下的冰下湖被首次發現以來，南極洲、格陵蘭的冰蓋下方和冰島瓦特納冰原下有400多個冰下湖被發現[5][6][7]。冰下湖佔了地球淡水的一部分，僅南極冰下湖的體積就約有10,000平方公里，約佔地球上液態淡水的15%[8]。

冰下湖的生態系統與地球大氣層隔絕，含有活躍的嗜極微生物群落，能夠適應寒冷和低營養的條件，並促進不受太陽能量輸入的生物地球化學循環[9]。冰下湖及其生物在天體生物學和尋找外星生命領域相當重要[10][11]。

物理特性

由於地熱平衡了冰表面的熱量損失，所以冰下湖中的水能保持液態。上覆冰川的壓力導致水的熔點低於0°C。冰下湖的上限將位於水的壓力熔點與溫度梯度相交的水平處。因此在南極最大的冰下湖沃斯托克湖中，其湖上的冰比周圍的冰蓋厚得多。含高鹽的冰下湖，也因其含鹽量高，而保持液態[12]。

並非所有常年被冰覆蓋的湖泊都可以稱為冰下湖，因為有些湖泊是被普通湖冰覆蓋，例如麥克默多干谷的邦尼湖和霍爾湖。

歷史

俄羅斯科學家彼得·克魯泡特金於19世紀末首次提出南極冰蓋下可能存在液態淡水，他認為冰蓋底部的地熱能讓溫度達到冰的熔點[2][13]。俄羅斯冰川學家伊戈爾·A·佐蒂科夫進一步提出了冰蓋下淡水的概念[5]。截至2019年，南極洲有超過400個冰下湖被發現[7]，不排除未來還有更多[5]。格陵蘭[6]、冰島和加拿大北部也發現了冰下湖[14]。

 
俄羅斯科學家彼得·克魯泡特金首次提出冰下湖的概念

早期探索

為了對南極冰蓋進行廣泛的調查，俄羅斯地理學家兼探險家安德烈·彼得羅維奇·卡皮察在1959年和1964年四次蘇聯南極遠征中，兩次使用地震探測技術繪製了南極洲沃斯托克站下方地層。他收集的數據在30年後被使用，最終發現了位於冰層下的沃斯托克湖[15]。

從1950年代末開始，英國物理學家史丹‧埃文斯（Stan Evans）和戈登‧羅賓（Gordon Robin）開始使用無線電回波探測（英語：radio-echo sounding，RES）的技術來繪製冰厚度圖表[16]。17個冰下湖泊使用此技術被記錄[17]。格陵蘭島第一個冰下湖也被無線電回波探測發現[1]。

衛星探勘

1990年代初，來自歐洲遙感衛星ERS-1的雷達高度計資料提供了南極洲至南緯82度的詳細地圖[18]，進一步確定了南極冰下湖泊的地理分佈。2005年，勞倫斯·格雷（Laurence Gray）和冰川學家團隊開始根據雷達衛星數據解讀冰層表面的活動，表明冰下可能存在水文活躍的冰下湖[19]。

靜壓密封

冰下湖中的水位可能遠高於地面。理論上，冰下湖甚至可以存在於山頂，只要其上的冰足夠薄以形成所需的靜水密封。浮動水位可以被認為是穿過冰進入湖中的鑽孔中的水位。它相當於在正常冰架上一塊冰漂浮的高度。當湖周圍的冰層太厚以至於等位面下降到不透水的地面時，就會形成靜水密封。然後，冰緣下方的水被靜壓密封壓回湖中。據估計，沃斯托克湖的冰緣只有7米，而浮面則高出湖面約3公里[20]。

冰島的冰下湖泊是一個已知危害，因為火山活動可以產生足夠的融水來淹沒冰壩和湖封，並導致冰川潰決洪水[20]。

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Palmer, Steven J.; Dowdeswell, Julian A.; Christoffersen, Poul; Young, Duncan A.; Blankenship, Donald D.; Greenbaum, Jamin S.; Benham, Toby; Bamber, Jonathan; Siegert, Martin J. Greenland subglacial lakes detected by radar: GREENLAND SUBGLACIAL LAKES DISCOVERED. Geophysical Research Letters. 2013-12-16, 40 (23): 6154–6159. Bibcode:2013GeoRL..40.6154P. S2CID 55286616. doi:10.1002/2013GL058383. hdl:10871/30231   （英語）. 
  2. ^ 2.0 2.1 Siegert, Martin John; Kennicutt, Mahlon C. Governance of the Exploration of Subglacial Antarctica. Frontiers in Environmental Science. 2018-09-12, 6: 103. ISSN 2296-665X. doi:10.3389/fenvs.2018.00103  . hdl:10044/1/63886  . 
  3. ^ Le Brocq, Anne M.; Ross, Neil; Griggs, Jennifer A.; Bingham, Robert G.; Corr, Hugh F. J.; Ferraccioli, Fausto; Jenkins, Adrian; Jordan, Tom A.; Payne, Antony J.; Rippin, David M.; Siegert, Martin J. Evidence from ice shelves for channelized meltwater flow beneath the Antarctic Ice Sheet. Nature Geoscience. 2013, 6 (11): 945–948. Bibcode:2013NatGe...6..945L. ISSN 1752-0908. doi:10.1038/ngeo1977 （英語）. 
  4. ^ Drewry, D. Antarctica: Glaciological and Geophysical Folio. University of Cambridge, Scott Polar Research Institute. 1983, 2. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Davies, Bethan. Antarctic Glaciers. AntarcticGlaciers.org. [2019-12-16] （美國英語）. 
  6. ^ 6.0 6.1 Bowling, J. S.; Livingstone, S. J.; Sole, A. J.; Chu, W. Distribution and dynamics of Greenland subglacial lakes. Nature Communications. 2019-06-26, 10 (1): 2810. Bibcode:2019NatCo..10.2810B. ISSN 2041-1723. PMC 6594964  . PMID 31243282. doi:10.1038/s41467-019-10821-w （英語）. 
  7. ^ 7.0 7.1 Björnsson, Helgi. Subglacial lakes and jökulhlaups in Iceland. Global and Planetary Change. Subglacial Lakes: A Planetary Perspective. 2003-02-01, 35 (3): 255–271. Bibcode:2003GPC....35..255B. ISSN 0921-8181. doi:10.1016/S0921-8181(02)00130-3. 
  8. ^ Dowdeswell, Julian A; Siegert, Martin J. The physiography of modern Antarctic subglacial lakes. Global and Planetary Change. February 2003, 35 (3–4): 221–236. Bibcode:2003GPC....35..221D. doi:10.1016/S0921-8181(02)00128-5 （英語）. 
  9. ^ Christner, Brent. Bacteria in Subglacial Environments. Heidelberg, Berlin: Springer-Verlag. 2008: 51–71. 
  10. ^ Petit, Jean Robert; Alekhina, Irina; Bulat, Sergey, Gargaud, Muriel; Barbier, Bernard; Martin, Hervé; Reisse, Jacques , 編, Lake Vostok, Antarctica: Exploring a Subglacial Lake and Searching for Life in an Extreme Environment, Lectures in Astrobiology: Volume I, Advances in Astrobiology and Biogeophysics (Springer Berlin Heidelberg), 2005: 227–288, Bibcode:2005leas.book..227P, ISBN 978-3-540-26229-9, doi:10.1007/10913406_8 （英語） 
  11. ^ Rampelotto, Pabulo Henrique. Resistance of Microorganisms to Extreme Environmental Conditions and Its Contribution to Astrobiology. Sustainability. 2010, 2 (6): 1602–1623. Bibcode:2010Sust....2.1602R. doi:10.3390/su2061602   （英語）. 
  12. ^ Davies, Bethan. "Antarctic Glaciers". AntarcticGlaciers.org. Retrieved 2019-12-16.
  13. ^ Kropotkin, Peter. Research on the Ice Age. Notices of the Imperial Russian Geographical Society. 1876. 
  14. ^ Rutishauser, Anja; Blankenship, Donald D.; Sharp, Martin; Skidmore, Mark L.; Greenbaum, Jamin S.; Grima, Cyril; Schroeder, Dustin M.; Dowdeswell, Julian A.; Young, Duncan A. Discovery of a hypersaline subglacial lake complex beneath Devon Ice Cap, Canadian Arctic. Science Advances. 2018-04-01, 4 (4): eaar4353. Bibcode:2018SciA....4.4353R. ISSN 2375-2548. PMC 5895444  . PMID 29651462. doi:10.1126/sciadv.aar4353 （英語）. 
  15. ^ Kapitsa, A. P.; Ridley, J. K.; de Q. Robin, G.; Siegert, M. J.; Zotikov, I. A. A large deep freshwater lake beneath the ice of central East Antarctica. Nature. 1996, 381 (6584): 684–686. Bibcode:1996Natur.381..684K. ISSN 1476-4687. S2CID 4335254. doi:10.1038/381684a0 （英語）. 
  16. ^ Glen, J. W.; G., J. W. Swithinbank, Charles; Schytt, Valter; Robin, G. de Q. , 編. Glaciological Research by the Norwegian-British-Swedish Antarctic Expedition: Review. The Geographical Journal. 1959, 125 (2): 239–243. ISSN 0016-7398. JSTOR 1790509. doi:10.2307/1790509. 
  17. ^ Oswald, G. K. A.; Robin, G. De Q. Lakes Beneath the Antarctic Ice Sheet. Nature. 1973, 245 (5423): 251–254. Bibcode:1973Natur.245..251O. ISSN 1476-4687. S2CID 4271414. doi:10.1038/245251a0 （英語）. 
  18. ^ Ridley, Jeff K.; Cudlip, Wyn; Laxon, Seymour W. Identification of subglacial lakes using ERS-1 radar altimeter. Journal of Glaciology. 1993, 39 (133): 625–634. Bibcode:1993JGlac..39..625R. ISSN 0022-1430. doi:10.3189/S002214300001652X   （英語）. 
  19. ^ Smith, Benjamin E.; Fricker, Helen A.; Joughin, Ian R.; Tulaczyk, Slawek. An inventory of active subglacial lakes in Antarctica detected by ICESat (2003–2008). Journal of Glaciology. 2009, 55 (192): 573–595. Bibcode:2009JGlac..55..573S. ISSN 0022-1430. doi:10.3189/002214309789470879   （英語）. 
  20. ^ 20.0 20.1 Priscu, John C.; Tulaczyk, Slawek; Studinger, Michael; Ii, Mahlon C. Kennicutt; Christner, Brent C.; Foreman, Christine M. (2008-09-11). Antarctic subglacial water: origin, evolution, and ecology. Oxford University Press. doi:10.1093/acprof:oso/9780199213887.001.0001. ISBN 978-0-19-170750-6.
取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=冰下湖&oldid=85073464」