美国关于冻土的研究论文

这个陨石坑出现在加拿大波弗特海长达9年的时间里。融化的永久冻土层正在凿出陨石坑，并扩大已经存在的陨石坑。这一次人类并不是罪魁祸首。 对北冰洋海底的海底调查显示，加拿大海岸线附近出现了深坑。参与的科学家将这些归因于永久冻土融化时释放的气体。 数百万年来，地球上大部分地区的土壤都被冻结成固体，无论是在陆地上还是在海洋下，即使在地表雪融化而没有留下永久冰盖的地方也是如此。这个被称为永久冻土的冰冻层捕获了数十亿吨二氧化碳和甲烷。人们认为大约5500万年前类似区域的突然融化引发了热量爆炸，当时温度在几千年的时间里急剧上升。 现在永久冻土再次融化，在浅海中浮现出大量气泡，北极道路坍塌，科学设备被破坏，西伯利亚突然出现巨大的陨石坑。科学家们第一次在《美国国家科学院院刊》上揭示了这一切对北冰洋海底的一部分造成了什么影响。 蒙特雷湾水族馆研究所的Charles Paull博士和合著者在2010年至2019年期间使用由水面破冰船辅助的自主水下航行器对著名的博福特海进行了四次调查。他们将观察范围限制在 120 到150米（400-500 英尺）之间，因为在大多数地方，这个深度可以捕捉到永久冻土的外缘。 该论文报道了许多高达28米（92英尺）的陡峭洼地，以及被称为 pingos的宽达100米（330 英尺）的冰雪覆盖的山丘。其中一些包括225米（738英尺）长和95米（312英尺）宽的深洼地，出现在连续勘测之间，而不是长期存在的特征。 洼地是地下水上升到大陆斜坡的结果。有时地下水会因与较冷的物质接触而结冰，导致地表向上隆起。 这项研究之所以成为可能，是因为曾经因冰封而无法进行此类研究的波弗特海正在迅速融化。作者同意这种趋势是人类排放温室气体的结果。陆地上永久冻土的广泛消失也是如此。 然而，这些气体进入全球系统的额外热量尚未达到 Paull和合著者正在研究的情况。在这里，温度的运行周期要慢得多，受到如此多的水的缓冲，并且仍在对最后一次冰川时代结束时发生的变暖做出反应。按照目前的速度需要一千多年才能产生团队观察到的地形。 “没有很多关于该地区海底温度的长期数据，但我们拥有的数据并没有显示出变暖的趋势，”保尔说，“海底地形的变化是由缓慢移动的地下水系统携带的热量驱动的。” 冰河时代永久冻土的自然融化释放出使地球变暖的气体，这是加强间冰期周期的一部分，但其影响速度很慢，对人类或其他物种几乎没有什么问题。随着人类引起的大气热量在这些水平上渗透到海洋中，事情可能会急剧加速，作者认为他们的工作是建立一个基线，所以我们以后会知道这是否会发生。Stephen Luntz毕业于墨尔本大学，获得了科学(物理专业)和艺术(英国文学和科学的 历史 和哲学)学位，随后获得了澳大利亚国立大学的科学传播研究生文凭。除了为科学博物馆Grad Dip设计展览外，还为澳大利亚农村地区的数千名学生表演了有关飞行、碰撞科学以及液氮的使用。在成为的专职撰稿人之前，Stephen为《澳大利亚科学》杂志写了15年的文章。他的专栏入选昆士兰总理科学写作奖，并构成了《法医学、化石和果蝠:澳大利亚科学家野外指南》一书的基础。这本书探讨了从事大量现代研究的科学家们的职业生涯和动机，但很少有人将注意力集中在少数获得获得重大奖项的科学家身上。另一方面，他的文章还采访了三位诺贝尔奖得主。

2022年3月14日，《美国国家科学院院刊》（ PNAS ）刊发文章《与北极海底多年冻土退化有关的快速海底变化》（Rapid seafloor changes associated with the degradation of Arctic submarine permafrost）的文章称，蒙特雷湾水族馆研究所（MBARI）领衔的一个国际研究团队基于先进的水下测绘技术，首次揭示了北冰洋边缘水下多年冻土解冻导致海底快速变化的机制。

北极地区的气温上升已将人们的注意力集中于陆地多年冻土层退化。多年冻土的退化导致的地基不稳定对北极地区的基础设施如道路、火车轨道、建筑物和机场产生负面影响。但是，目前对被覆盖在巨大的北极大陆架下的大量冰期（glacier age）多年冻土的发展动态知之甚少。为此， MBARI、加拿大地质调查局、加拿大渔业和海洋部、加拿大海岸警卫队、韩国极地研究所通过国际合作，基于自主水下航行器（AUV）、舰载声纳以及破冰船等测绘设施，对北极波弗特海进行了联合科考。研究团队基于自主水下航行器（AUV）和舰载声纳对该海域海底进行了地形测绘，获得了分辨率为1 m的高清海底地形图。结合反复进行的高分辨率水深测量显示，波弗特海大陆斜坡的边缘正在发生异常迅速的地貌变化，该海岸曾经是更新世残留多年冻土向海延伸的边界。新的陡坡洼地发育深度达28 m，多处沿陡坡面发生横向退缩。这些形态变化出现在120~150 m水深之间，接近淹没冰期多年冻土的最大界限，主要原因是多年冻土融化，上升的地下水沿着残留的多年冻土边界集中。由于陆架间冰期海侵导致地温梯度发生变化，导致多年冻土基底的区域解冻产生地下水。相比之下，在地下水排放减少的情况下，沉积物在约  C的环境海底温度下冻结。冰冻沉积物随之膨胀，形成了冰核地形高点或冰丘（pingos），这些高点在排放径流区附近特别丰富。研究人员表示，目前尚不清楚北极大陆架上类似的变化有多广泛，因为这是北极地区首次开展多波束测深调查。但是可以肯定的是，与活跃的海底多年冻土融化相关的快速形态变化可能是其他海底多年冻土环境中塑造海底的一个重要过程。此外，研究人员指出，虽然对研究区域海底温度尚未开展长序列监测，但是已有数据并没有显示出明显变暖的趋势。因此，研究人员认为这种变化可以归因于缓慢移动的地下水系统所携带的热量驱动。

研究人员表示，这项研究是通过过去十年的国际合作实现的，这些合作提供了现代海洋研究平台，如MBARI的自主机器人技术和由加拿大海岸警卫队和韩国极地研究所运营的破冰船。此外，加拿大政府和居住在波弗特海沿岸的因纽维阿鲁特人（Inuvialuit people）高度重视这项研究，因为所描述的复杂过程对地质灾害的评估，独特海洋栖息地的创造以及对生物地球化学过程的理解具有重要意义。

转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《地球科学动态监测快报》2022年第6期，刘文浩 编译。