南极冰盖融化如何影响海洋分层和混合？首次近距离观测
2021年，一座巨大冰山A-68A漂移到南乔治亚岛附近，不仅改变了当地海洋景观，更让我们可以近距离观测冰山融化对海洋的影响。英国南极调查局等机构的科学家利用水下机器人和卫星，首次精确测量了冰山融水如何改变海洋环境，揭示了冰山融化影响海洋的关键机制。
海冰混合层季节性变化和驱动机制
冰封海域的海洋混合层如何随季节变化？海冰的冻结和融化如何影响海洋？2017年的一项研究利用海豹、船舶和浮标的联合观测数据，揭开了南大洋海冰下混合层的机制。这项研究不仅填补了冬季数据的空白，还量化了海冰如何通过盐度和温度的变化塑造海洋环境。
海洋混合层类似于一个缓冲带，调节着大气与深海的能量交换，它的深度、温度和盐度决定了海洋如何储存热量、吸收二氧化碳，以及影响全球水循环。
在南大洋，全球约一半的深海冷水在这里形成，下沉后驱动全球海洋环流。冬季海冰冻结时排出盐分，使表层水变咸、变重而下沉；而夏季融冰释放淡水，使表层变轻。但由于传统观测手段难以穿透海冰，导致冬季数据极度匮乏。
研究整合了三类数据：海豹携带的传感器数据、Argo浮标数据以及船舶历史数据。海豹携带的传感器，海豹潜水时自动记录温度、盐度和深度，传回10万条冬季剖面；Argo浮标则主要覆盖开阔海域，无法进入海冰区；而船舶历史数据则主要为夏季观测数据。通过融合这些数据构件了南大洋模型。
研究发现，在冬季，海冰覆盖下，混合层温度稳定在-1.8°C，接近海水冰点，几乎全南极一致；而在夏季，融冰使表层略微升温，但幅度很小。相比之下，无冰区的温度变化更大。
海冰的冻结和融化对盐度影响显著，海冰形成时排出盐分，使混合层变咸，夏季融冰释放淡水，盐度降低。盐度最高值出现在威德尔海和罗斯海陆架，比夏季高0.8PSU。
在混合层深度方面，夏季混合层较浅，约50米，因表层淡水输入抑制下沉。而冬季盐水排斥使海水变重，混合层加深，陆架区最深约200–500m，而海冰边缘较浅约50–100米。值得注意的是，南极陆坡附近的混合层在冬季会影响下方的绕极暖深层水，这一过程为海冰形成提供了热量约20–60 W/m²。在大多数海洋区域，混合层的稳定性由温度主导，但在海冰下，盐度比温度更重要。在无冰区，温度变化贡献了90%的稳定性变化，盐度仅占20%；而在海冰区，盐度贡献80%的稳定性变化，温度甚至可能破坏稳定。也就是说，海冰区的混合层能否下沉，主要取决于盐度变化，淡水多了就变轻，盐水多了就变重。
近年来，南极冰川融化和降水增加已导致表层淡水增多，未来南极混合层可能变得更轻，阻碍深层水形成。
图：南大洋混合层深度的月变化🔽
细黑线代表南极绕极流的主要锋面，而粗黑线则对应于最大季节性海冰延伸
南极冰山融化如何改变海洋？
冰川融化不仅仅是变暖导致，在南极，南极消融包含2种方式，一种是冰架底部的持续融化，另一种则是冰山的崩解，冰山崩解贡献了约50%的冰盖质量损失。有数据显示，南极每年通过冰山崩解向海洋释放约1300亿吨冰。
而大冰山A-68A就是冰山崩解的典型例子，在2017年从冰架崩离时，面积达到5800平方公里，在随后的漂流过程中，它逐渐融化、碎裂，最终在2021年靠近南乔治亚岛时，释放了惊人的152±61亿吨淡水。大冰山A-68A也为我们提供了近距离研究的机会。
为了搞清楚这些融水如何影响海洋，这项最新的研究，利用特殊的水下机器人Slocum滑翔机，搭载了测量温度、盐度、叶绿素等关键指标的传感器， 能够在海面下1000米内自由移动。
在49天的观测中，滑翔机完成了265次上下剖面测量，得了难得的近距离数据，与此同时，科考船也在冰山周围进行了精密的水样采集和流速测量。
通过分析这些数据，科学家发现了冰山融水改变海洋的三个关键方式。第一层影响是表层淡水影响，第二层影响是基底融水上涌，第三层影响是营养盐梯度变化。
在第一层影响方面，冰山表面融化的淡水会在海面形成一个低盐度的表面层，观测显示，在距离冰山9米深的表层，盐度显著下降，形成了一个强烈的分层界面，这个淡水层就像一层”盖子”，把较暖、较咸的海水压到下面。
更重要的发现来自冰山底部，也就是第二层影响基底融水上涌。由于冰山在海水中移动，底部的湍流会导致强烈融化，这些融水与周围海水混合后，会形成一股向上流动的”羽流”，数据显示，这股上升流能将深处238±7.8米的海水带到91米深度，这个过程打破了南大洋典型的冬季分层结构。正常情况下，冬季水层约125米深像一道屏障，阻止深层较暖的环极深层水上升到表层。
由于第二层垂向混合的影响，改变了区域营养盐梯度，也就是第三层影响。这种垂直混合将富含营养盐的深层水被带到透光层，数据显示，在冰山通过后约36小时，下游区域的叶绿素浓度开始上升，浮游植物开始繁殖。
但这种影响也具有具有明显的空间差异，在紧邻冰山2公里内的区域，虽然水中由融水带来的悬浮物增加了，但叶绿素浓度却下降了，只有在距离更远2-5公里外的海域，当融水充分混合后，营养盐的促进作用才显现出来。可能的原因是融水的稀释作用降低了浮游植物浓度，同时，悬浮物阻挡了阳光，抑制了光合作用。
为了验证这一现象的普遍性，研究人员分析了2004-2021年的历史数据，发现在其他大型冰山如2015年的B-17a经过的区域，同样观测到了冬季水层结构被改变的现象，这表明冰山融水对海洋的影响不是偶然的，而是南大洋中的一个重要过程。
图：示意图显示了接近 A-68A 的浮力场🔽
彩色轮廓是针对每个垂直分层和T和S中的水平剖面/冰山分离的手动线性色标应用，它们叠加在一起以产生浮力着色。T和S线剖面按比例绘制，显示 1 °C 和 0.5 g/kg分离。基底融水影响区域用灰色阴影表示。
❓思考题：冰山A-68A的融水对浮游植物的影响是？
A.靠近冰山时立刻促进大量繁殖
B.先抑制后促进，且影响范围可达几公里外
C.完全没有任何影响
D.导致浮游植物全部死亡
参考答案：（点击查看）
B.
解析：研究发现，2公里内融水稀释和浊度会暂时抑制浮游植物，但下游2-5公里外因营养盐上涌，36小时后叶绿素浓度会上升。
这项研究首次通过高分辨率观测揭示了冰山A-68A对南大洋物理和生物过程的复杂影响，证实了冰山融水可改变分层、促进营养盐上涌并延迟浮游植物响应。
参考文献：Natasha S. Lucas, J. Alexander Brearley, Katharine R. Hendry, Theo Spira, Anne Braakmann-Folgmann, E. Povl Abrahamsen, Michael P. Meredith & Geraint A. Tarling ，Giant iceberg meltwater increases upper-ocean stratification and vertical mixing. Nature Geoscience (2025),doi.s41561-025-01659-7