研究：困在格陵兰岛厚冰层下的水泡或能提供关键的水文见解

随着这些湖泊的流失，它们在冰和基岩之间形成了巨大的充满水的洞穴。

通过野外观察并结合数学模型和实验室实验，有普林斯顿大学领导的研究团队发现，这些水泡推动冰层表面向上，然后随着水渗透到冰下的排水系统让其逐渐下降。相关研究报告已发表在《Nature Communications》上。

研究小组首次表明，由湖泊快速排水引起的冰盖的上升和下降可以用来估计一种被称为透射率的特性，该特性描述了在冰和基岩之间形成的水网的效率。研究人员报告称，湖泊排水为测量冰原内陆地区的透过率提供了一种新的工具，在那里透过率很难测量。他们发现，在格陵兰岛的夏季融化季节，透射率可以增加多达两个数量级。

该研究的论文第一作者、普林斯顿大学地球科学、大气和海洋科学助理教授Ching-Yao Lai表示，这些发现可能会阐明，随着地球变暖和表面融化增加，气候变化将如何影响格陵兰岛广阔的冰冻内部。她指出，地表融化产生的水可以起到润滑剂的作用，进而使冰川变得更容易在基岩上滑动。

Lai表示，现有的研究表明，表面融化影响格陵兰冰盖稳定性的主要途径是融水润滑冰盖床。然而这些研究大多集中在冰盖较薄的低海拔地区。Lai指出，以前的研究还表明，表面融化的增加可能会加速高海拔、内部冰盖的速度，但这些发现是基于计算模型，而非观测。

“我们知道，随着未来气候变暖，地表融化区可能会扩大并迁移到比目前观测到的更高的海拔。然而一个有待回答的大问题是，在内陆地区，传播率能增加多少，”Lai说道。

她还说道：“一个潜在的影响是，表面融化和冰川下水网发展之间的联系可能不仅在目前观察到的低海拔地区被激活而且在高海拔地区也会被激活。为了真正了解当冰川融化迁移到海拔更高的地区时会发生什么，需要对冰川下透过率的季节性变化做出更多的观察。”

在研究过程中，研究人员通过利用GPS数据和2006年至2012年间发生的5次湖泊排水事件的实地观测估算出了排水量，另外还观察了湖泊排水引起的地表位移和随后的水疱形成。

这项研究的论文合著者Laura Stevens说道：“我们在GPS数据中观察到，在五次排水事件之后，冰盖抬升松弛的时间范围很大。我们有一种暗示，松弛时期的这种扩散可能表明了冰川下排水系统的某些特征。随着具有观察、理论和实验方法专业知识的研究人员之间的合作，我们的理解得到了显著提高。”

另一位合著者--Danielle Chase曾因研究流体驱动压裂而获得HMEI Walbridge基金研究生奖，他随后设计了一系列实验--用一种硅树脂模拟可变形的冰覆盖在代表基岩的多孔材料上。她在可变形薄片和多孔衬底之间注入流体并观察水泡形成并流入多孔衬底所需的时间。通过跟Stone和Lai的合作，Chase还开发了一个数学模型，该模型解释了由于水疱形成而控制表面隆起和松弛的物理现象。

“实验很有帮助，因为在实验室中，我们可以控制和测量系统中的所有参数，这让我们可以测试我们的模型。我们还可以选择理想的材料。该系统足够小，可以用一只手拿着且材料是透明的，所以我们可以直接观察水泡的形状以及随时间推移渗透到多孔衬底的排水情况，”Chase说道。

据了解，这项研究的独特之处在于，在无法控制参数的领域通过利用实验室实验来研究难以分析的水泡形成等自然过程。

“利用实验室模型来更好地理解自然界中复杂的形状变化背后的机制是很有价值的，”研究员Howard Stone说道，“在这里，实验室实验捕捉到了实地观察到的主要力学特征，这帮助我们理解了水沿着冰川床排泄时冰盖的松弛情况。”