首次直接测量南极冰床温度，挑战了现有的海冰预测结果
南极冰盖是全球最大的淡水储库，覆盖了约1400万平方公里的面积，是海平面上升的主要贡献者之一，冰盖损失主要来源于冰山崩解、冰架解体、表面消融以及冰架和大陆暖基区的基底融化。目前大多研究都是基于数值模拟，直接观测数据有限，给准确预测冰盖动态带来了挑战。
南极冰盖基底温度如何影响冰盖损失
虽然知道冰盖损失对全球海平面上升的影响，但是，南极冰盖的基底温度变暖如何影响冰盖的质量损失仍不清楚，2022年，由斯坦福大学地球物理系引导的一项研究在《Nature》上发布，探讨了这一问题。
通过在那些基底温度接近融点但尚未融化的可融区域增温 ，看看这些冰盖质量变化情况，研究使用冰盖和海平面系统模型研究了情形，通过模拟冰的三维热力学行为，然后通过实验，分别在压力融化点的基础上改变基底增温幅度分别为-2°C、-5°C、-8°C和-12°C，分析了冰盖质量损失的变化。
这项研究也是首次揭示南极基底解冻对冰盖质量损失的影响，通过数值模拟，填补了这一领域的空白。在所有的实验中，基底温度变暖都会导致冰盖质量损失的增加，在基底温度接近融点的区域质量损失幅度更大。
需要注意的事，这种融化并不总是可逆的，研究还特别指出，在哪些由冻结基底作为冰塞支撑的区域，一但这个区域的基底融化，将导致冰盖的大规模退缩。
在研究最后，也强调了进一步观察的重要些，特别是对基底温度接近融点的区域，这些区域的基底温度变化可能会对全球海平面上升产生重大影响。
图：南极洲基底热状态
a模型得出的基底温度相对于压力熔点 (PMP) 的相对值，该值由我们的冰盖和海平面系统模型 (ISSM) 初始化生成。b从冻结到解冻床区过渡的概念图。可解冻床是指基底温度低于压力熔点几度的区域。速绘速度曲线 (箭头) 显示床解冻时基底滑动的开始
直接测量结果与预测的偏差
就像上文所研究的那样，目前的大部分研究都是基于数值模型和遥感数据进行预测，但直接观测的数据非常有限，近日吉林大学建设工程学院极地科学与工程研究所带领的国际团队首次直接测量南极冰床温度，研究团队通过钻探和温度测量取得了实测数据。
图：钻探至东南极冰盖伊丽莎白公主地西北部的床层
a钻井营地鸟瞰图，展示了位于东南极洲伊丽莎白公主地西北部的钻井庇护所、车间、生活庇护所和辅助设施。b深度 541.12 至 541.30 米的冰下基岩芯的上部（18 厘米长）由粗面岩组成的变质岩呈现。
此前有研究表明，大约 20% 的南极冰盖可能被冻结在冰床上，而其余部分则是处于压力熔点附近的暖基底。但由于缺乏实测数据，不同研究的建模方法和输入数据的不确定性导致了各种各样的暖基和冷基地图，就比如在南极洲西北部的伊丽莎白公主地，此前的大部分研究人为该区域是温暖的基底，相对压力熔点-0.35℃，但实际测量结果与预测值低得多，冰床温度为-4.52±0.2°C。
南极团队通过电缆悬挂式钻机在南极冰盖上钻了一个深度为541m的孔，在孔底部，通过Pt100温度传感器和K型热电偶传感器进行温度测量，确保了数据的准确性，同时，在之后进行了多次复测，确保温度数据的稳定性和准确性。
钻孔过程中的温度测量显示，在约135m以上的冰层上不区域存在负温度梯度，最低温度为-18.12°C，但随着深度继续加深，温度反而逐渐升高。为了验证这一情况，研究团队通过热力学模型等估算了冰层内部的应变加热和地热通量对冰床温度的影响，发现，这种变化主要受地热通量和内部应变加热导致的。
在分析冰芯样本的时候发现，部分冰层曾经融化过，但后来又重新冻结，这表明在冰芯上游区域可能存在“暖基”基底，导致冰层部分融化后又冻结的这一现象。因此，在研究最后，研究也指出，由于冰床温度的局部变化可能导致大尺度模型的误差，强调需要在多地点进行直接观测的获取更全面的数据，以提冰盖预测的准确性。
图 ：岩心地层示意图、钻井技术序列和估计的温度曲线（未按比例）
a该地层为典型的干雪堆积区。雪、粒雪和泡冰之间的边界由岩芯密度定义，通常以大约 550 kg m -3和 830 kg m -3的密度绘制。b钻孔施工包括以下步骤： （ 1）用螺旋钻对上部透水雪粒雪层进行干式岩芯钻探；（2）利用底部流体反循环对冰川冰进行流体岩芯钻探；（3）用 PDC 钻头钻穿富含碎屑的冰层；（4）基岩岩芯钻探。c测得的钻孔温度（红点）和估计的温度曲线，其中负地热梯度区域一直延伸到大约135 m 的深度。再往下，温度曲线随深度增加，平均梯度约为 3.5 °C / 100 m。
❓思考题： 南极冰盖的冰床温度与什么因素密切相关？
A.太阳辐射强度
B.地热通量和内部应变加热
C.海洋洋流速度
D.大气层中的二氧化碳浓度
正确答案： （点击查看）
B.
解析： 根据这项研究，南极冰床的温度主要受地热通量和内部应变加热的影响。地热通量来自地球内部的热量，而内部应变加热则是由冰层流动和变形产生的热量。太阳辐射、海洋洋流和大气二氧化碳浓度虽然对气候变化有影响，但对冰床温度的直接影响较小。
南极冰基的温度比我们之前认为的要复杂得多，虽然全球变暖仍在继续，但南极某些区域的冰基可能比预期更冷，这可能会影响冰盖的流动和融化速度。未来的研究需要在更多地点进行实地观测，以更准确地预测海平面上升的趋势。
参考文献：Pavel G. Talalay, German Leitchenkov, Vladimir Lipenkov, Youhong Sun, Nan Zhang, Da Gong, Yunchen Liu, Yazhou Li, Yuchen Sun, Ilnur Abdrakhmanov, Mstislav Vorobyev, Damir Khalimov, Xiaopeng Fan, Andrey Salamatin, Alexey A. Ekaykin & Bing Li，Rare ice-base temperature measurements in Antarctica reveal a cold base in contrast with predictions. Communications Earth & Environment volume 6, Article number: 189 (2025) ，doi：10.1038/s43247-025-02127-1