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走,上山给冰川盖被子去!

发布时间:2018-06-05 11:38:31   来源:    浏览次数:306

原标题:《拒绝融化:水下建高墙,雪山穿白衣。走,上山给冰川盖被子去!》

◎本刊主笔 刘国伟

【“凛冬将至”是美剧《权力的游戏》中守护王国苦寒之地的斯塔克家族的格言,这个家族时时用这句话使自己对将要到来的危险保持清醒和警惕。而现实中,气候变暖使冰山融化、海平面上升是科学家的一大心结。在北半球凛冬已去、初夏已至之际,启动看似匪夷所思的“地球工程”拯救正在消融的冰川,成为气候变化学者们的探讨热点。】

瑞士居民夏天用覆盖毯子的方式保护日益缩减的罗纳河冰川 

给冰川盖毯子 融化减七成

在瑞士的阿尔卑斯山区,冰川是许多村镇引以为荣的旅游和自然资源。发源于瑞士瓦莱州格莱奇村的罗纳河冰川是瑞士第五大冰川。它绵延约8公里,是罗纳河的源头所在。美国《史密森尼》杂志近日报道,过去8年以来,罗纳河冰川在夏天都呈现出不一样的独特景观:一群居民在冰川脚下爬上爬下,像护理一位卧床的巨人病号一样,把一片片白色的毯子盖在冰川上面。

这不是行为艺术,而是当地人自发组织起来保护快速消融的冰川的一种方式。这也不是噱头,根据法新社2015年的报道,这些毯子可使冰川减少70%的季节性融化。历史上,罗纳河冰川曾是欧洲最大的冰川,但仅最近10年,它的长度就消失了约40米,萎缩速度惊人。鉴于盖毯子这种做法成效良好,目前德国和意大利也在学习当地人的这种做法。

罗纳河冰川被披上毯子的大背景是全球气候变暖。2015年欧洲地球科学联盟的《冰冻圈》杂志刊文称,珠穆朗玛峰地区的冰川可能在2100年前融化96%。有研究称,若不采取任何措施,到2100年陆地冰川融化造成的海平面上涨会影响0.5%5%的全球人口。以广州为例,0.5米的海平面上涨就会让上百万居民无家可归。

同处于瑞士的莫特拉奇冰川是备受推崇的旅游景点,全年都可以滑雪,但该冰川消融的速度更快,每年长度消融40米。2017年春天,有科学家团队突发奇想:用4000台造雪机向莫特拉奇冰川吹送人造雨夹雪把冰川表面盖住,防止冰川在夏日的阳光下融化。将这个设想与前面罗纳河冰川的保护措施对比就会发现,两个方案本质上都是反射阳光,只不过人造雪显得更有科技感而已。

上述设计和实践活动是近些年来为减缓气候变暖影响付出的一部分努力。比起毯子和人造雪,部分科学家的解决方案要魔幻得多,且规模庞大,这些方案可以称为“地球工程”,即人类为改造地球环境而主动、大规模开展的工程建设。下面的几项就是目前比较有代表性的“保护冰川地球工程”方案。

用“墙壁”挡住温暖的海水

2017年8月,100多位科学家在一次非正式会议上,讨论周期性向高层大气喷洒特别成分的气体,以减少阳光照射量,让地球降温。美国哈佛大学甚至成立专门机构来研究这个创意。但这个想法一旦实施会造成既有“赢家”也有“输家”的局面:一些地区温度降下来,另一些地区会开始干旱。

美国普林斯顿大学冰川学博士后迈克尔·沃洛维克认为,改善冰川的周遭是个更好的切入点。他在2017年12月的美国地球物理联合会年会上介绍了自己的研究成果:如何在世界上最不稳定的冰川(如格陵兰岛和南极洲等地)周围的水下,建造“墙壁”改变变暖的海洋大气对冰川的影响,大大减缓冰川的崩溃态势?初步模拟显示,被“墙壁”围起来的冰川寿命最多会延长10倍,这么长的时段足够给全世界生活在海拔1.5米以下的1.5亿人以应对的时间了。

 南极洲的冰川拱门。极地是地球的生态脆弱区域,建设地球工程潜在风险很大。

 2014年1月下旬,一队旅行者沿着南极洲的一个冰崖行进。

沃洛维克所谓的“墙壁”,靠沙子之类的松散材料就能起作用。这堵墙会改变海底地形,让温水无法到达冰川与海洋的交界处。沃洛维克表示,从南极以往20多年取得的高质量数据显示,温暖的海水远比温暖的空气更值得重视。今天大多数冰盖附近的海洋表面水温相当低,但是冷水下面有温水。在南极,这些温水在运动中从下面涌上来,流向南极洲的大陆架,一直冲向冰川与大海的交汇处,融化冰川的底部,逼退冰川,导致海平面上升。

这个关键的事实说明,随着全球气温升高,并非所有世界大冰川都以同样的方式融化。拥有世界第二大冰盖的格陵兰岛大部分位于海平面之上,仅在少数几个地点接触海洋。但在这些接触点上,上述温水活动的结果,使格陵兰岛冰盖插入北大西洋的方式犹如伸长的鼻子。

沃洛维克建模的时候,选取了南极洲西部冰盖出口处的特怀特冰川。该冰川每年后退约1公里,是最让科学家们忧心的冰川之一。沃洛维克发现,这个冰川模型在100年后会退缩约100公里。然后他用虚拟“围墙”把冰川围起来,结果冰川稳定了下来而且还能够有所恢复;在某些情况下冰川的体量会超出目前的规模,最乐观的情况是冰川的前部会变长,突出到“围墙”处。沃洛维克称,最悲观的情况是随着时间流逝,“围墙”被腐蚀、摧毁,不过冰川的寿命延长了400500年,从抢出来的时间来看也值了。

南极西部的冰川构造复杂,消融速度较快。 

沃洛维克在方案中建议了两处开工地点。一处是格陵兰岛大冰川(例如雅克布沙文冰川)的出口峡湾处。这些峡湾通常只有一两英里宽,在这里开展水下疏浚项目可以向迪拜棕榈岛这类大型土木工程取经;从经济上看,当地政府还能争取丹麦的支持。另一处就是在南极。不过,首先政治方面存在困难——目前南极的控制权在53个国家手中;其次是工程规模,一些最好的开工地点漂浮在海面的冰架下面,要开工就不得不动用潜艇。不管在哪里开工,效率都是最重要的。因为过去20年的观测证实,南极洲西部的冰川后撤速度和幅度惊人。

 格陵兰岛的雅克布沙文冰川是地球上消融最快的冰川之一。20世纪海平面上升4%即由该冰川消融导致。

 俯瞰格陵兰岛雅克布沙文冰川入海处峡湾的城镇

北师大外教的三个创想

2018年3月,《自然》杂志网站评论版刊登了英国人约翰·C·摩尔等人的文章,述及对南极冰川的抢救设想。摩尔教授是我国“千人计划”的入选者,北京师范大学的博士生导师,担任该校极地气候与环境实验室主任。摩尔及其同事拯救冰川有3种设想。

 约翰·摩尔是北京师范大学的博士生导师,担任该校极地气候与环境实验室主任。

方案A即在冰川表面建造泵站,打造深井直通冰川底部,把那里的水抽出来或者进行冷冻。当冰川在底部的冰川床上滑动时,摩擦生热融化的水充当了润滑剂的作用,加快流动速度,进而产生更多热量,进一步融化更多水,造成更快的滑动。南极洲冰层下方几乎没有季节性融化,水分要比格陵兰岛少得多。例如松岛冰川的底部每秒释放约50立方米的水,抽出这层薄薄的水就会使冰川融化减速,减少摩擦加热,冰川厚度就会增加。南极冰川下方深处的水处于压力之下,应该可直接排入海洋;也可以被冰川底部冲刷出的循环冷却的咸水冻住。

方案B即在冰川入海处消融面的下方建设约300米高的人工岛,卡住冰架,把后面的冰川支起来。南极西部的松岛冰川和特怀特冰川是未来两个世纪世界海平面上升的最大潜在因素,预测模型显示,到2150年,这两个冰川的融水能使海平面每年上升4厘米。在这两个冰川的冰架入海处建造扎根在海床上的人工岛,能阻止冰盖大规模崩塌,这种崩塌经常形成垂直的断崖,加速后面冰川的崩溃。摩尔等人估计,这样的人工岛需要大约是6立方公里的建筑材料。

方案C即建造高达上百米的护堤将温水层和冰架底部隔离开来,该方案和前面沃洛维克建造水下“围墙”的方案基本相似,而且摩尔教授也选择了格陵兰岛的雅克布沙文冰川加以考量:筑起一道100米高、斜边角度为15度到45度的护堤,横穿冰川前面5公里宽的峡湾;工程所需材料取自格陵兰岛大陆架挖出的0.1立方公里的沙石,为防止护堤被侵蚀,可以用混凝土将其包裹。

最大风险:无所作为

任何工程都需要事先进行可行性分析,规模空前、开支巨大的地球工程更是如此。

 美国华盛顿州白查克冰川北支的消融情况对比

人类以前的大工程并不多:建造苏伊士运河人们挖掘了1立方公里的土方;建造香港国际机场时当地使用了大约0.3立方公里的材料;浇筑三峡大坝使用的混凝土有0.028立方公里。但是格陵兰岛居民对工程的反应是既有支持也有反对;带动当地就业,可当地工作人员不足,要引入大量外部人员;当地的生态、渔业和旅游业可能受影响。格陵兰岛冰川对全球海平面影响远小于南极洲冰川,这里的护堤一旦建成,就会告诉人们此类地球工程是否可行,或者有什么意想不到的后果,会给未来在南极进行的地球工程提供经验。

摩尔等人认为,最大的风险是无所作为或者干预措施无效,因为未来数年海平面加快上升所带来的后果不堪设想。

 一块从冰川上断裂下来的冰山,漂浮在南极海面上。

当下减碳最稳妥可行

美国普林斯顿大学冰川学专家迈克尔·沃洛维克说:“需要强调的是,任何类型的地球工程都不能取代温室气体减排南极冰盖的最终命运与碳排放总量密切相关。如果我们把地球上所有含碳能源都烧掉,那南极也会一去不返了。”以上提及的地球工程有着或大或小的可行性,考虑到无论哪个方案都可能会打破地球环境系统亿万年来形成的动态平衡,踏踏实实地减排还是当下保护冰川最稳妥可行的办法。

 阿根廷南部的莫雷诺冰川与众不同,是全球不多的持续前进的大冰川,新生成的冰块前仆后继涌向大海。

(本文撰写中参考了英国《自然》杂志、美国《大西洋月刊》和《史密森尼》杂志等的信息,特此声明并致谢。)

本刊原创,如需要转载,请联系《环境与生活》杂志。

责编:叶晓婷

网编:吴燕芳


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