在南极洲西部快速流动的冰流下方，科学家们发现了一个巨大的含水层，里面充满了海水，这些含水层可能已经被封存在那里数千年了。
这是科学家首次在冰流下发现地下水南极洲，这一发现可能会重塑我们对寒冷大陆如何反应的理解气候变化以及在其众多的冰架下潜伏着什么样的神秘生物。
埋藏含水层新研究的主要作者、哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球学院的前地球物理学家克洛伊·D·古斯塔夫森 (Chloe D. Gustafson) 表示，新发现的地下水系统可以被认为是一块巨大的海绵，由多孔沉积物组成并充满了水。天文台现在位于加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所。
“我们观察到的‘海绵’厚度从半公里到约两公里[0.3到1.2英里]不等，所以它相当深，”她告诉《生活科学》。
古斯塔夫森和她的同事描述了相当大的含水层周四（5 月 5 日）杂志上发表的一份报告科学。该含水层与名为惠兰斯湖 (Lake Whillans) 的冰下湖位于同一冰流下方，该湖深度较浅，冰下约 2,625 英尺（800 米）。
“对我来说，最令人惊讶的结果是含水层内储存的水量巨大，”佐治亚理工学院地球与大气科学学院的冰川地球物理学家 Winnie Chu 说，她没有参与这项研究。
作者估计，这个巨大的含水层的蓄水量是冰架底部较浅的湖泊和河流系统的十倍多。这个浅水系统包括惠兰斯湖，面积为 20 平方英里（60 平方公里），深约 7 英尺（2.1 m）。
“地球核磁共振成像”
朱说，科学家们长期以来一直推测，巨大的含水层可能隐藏在南极冰层之下，部分原因是该大陆的冰流和冰川滑过水应该能够渗透的可渗透沉积物床。
然而，到目前为止，技术限制使研究人员无法收集此类深层水文系统（即由水组成的系统）的直接证据，她解释道。相反，研究重点是在冰川和冰架底部或附近发现的相对浅的湖泊和河流。
为了超越这些浅层系统进入下面隐藏的深处，古斯塔夫森和她的同事使用了一种称为“大地电磁成像”的技术。他们对南极洲西部的威兰斯冰流进行了测量，这是一条移动的冰带，厚约 0.5 英里（0.8 公里），每天向附近的罗斯冰架移动约 6 英尺（1.8 米）。
大地电磁成像依赖于电磁太阳风与地球相互作用产生的磁场电离层– 高层大气中分子和带电粒子的致密层。
当太阳风撞击电离层时，它们会激发内部的粒子并产生穿透地球表面的移动电磁场。这些移动的场然后在冰、雪和沉积物中感应出二次场，大地电磁仪器测量的正是这些二次场。研究小组将这些仪器埋在雪中的浅坑中，并从冰流上大约四打不同的位置收集数据。
古斯塔夫森说：“这些次生场确实与地质学和水文学密切相关，”这意味着冰看起来与沉积物非常不同，盐水看起来与淡水不同，等等。
“这就像采取地球的信号，我们的信号只是来自太阳与地球磁场的相互作用，”她说。
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其他科学家团队之前曾在南极洲使用过这种大型核磁共振成像仪来检查地壳和上地幔。根据该杂志 2019 年的评论，这些研究早在 20 世纪 90 年代就开始了地球物理学调查。
相反，古斯塔夫森的团队从较浅的深度进行测量，从溪流底部延伸至约 3 英里（5 公里）以下。在那里，他们发现了一块厚厚的沉积物海绵，其最深处有极其咸的海水，而在海绵接近冰流的最浅部分则有淡水。
古斯塔夫森说，这种梯度表明浅层冰下系统与深层含水层相连，两者都可能影响上方冰的流动。
“目前还不清楚含水层是否可以不时与冰下水文交换水，或者是一种单向转移，”冰流中的水滴下来，然后在含水层中储存一段时间。时间到了，楚说。
根据具体情况，含水层可能会通过定期向冰下系统注入水来润滑冰流，也可能会从系统中去除水； Chu补充说，这两种动力都会影响上方冰流的流动。
古斯塔夫森说，深层系统和浅层系统之间的水交换也可能影响冰流下方生长的微生物类型以及这些微生物的生存方式。这是因为液态水流经含水层和上方相互连接的湖泊和河流，推动了营养物质流经生态系统。另外，咸水与淡水的梯度决定了什么样的微生物可以在各种环境中生存。
关于含水层深处最咸的水，作者推测这些水可能在大约 5,000 至 7,000 年前全新世中期的温暖时期从海洋流入地下水系统时代当南极西部冰盖消退时。
然后，“随着冰盖重新前进，厚冰的存在切断了海洋通往冰床的通道，剩余的海水被封存在威兰斯冰流下方的地下水中，”朱在一份报告中写道。研究评论，也于 5 月 5 日发表在《科学》杂志上。
惠兰斯冰流下方的含水层是第一个被发现的，但研究小组怀疑这样的水文系统位于南极洲所有冰流的下方，只是等待被发现。古斯塔夫森说，这些地下水系统可能“延伸数百公里回到冰盖内部”。下一步将是收集非洲大陆其他地方存在此类系统的证据，并将他们在惠兰斯发现的情况与其他地区进行比较。
特别是，快速变薄的思韦茨冰川（也称为“冰川”）下方的含水层可能会如何？末日冰川“ - 与惠兰斯下的不同，这些深层系统如何影响上方冰的流动和融化？当前的冰流模型没有考虑到此类含水层，因此这将是未来研究的一个有趣领域，古斯塔夫森说道。
“在我们能够具体说明地下水水文学如何改变冰盖水文学的影响之前，我们仍然需要了解很多关于地下水水文学和冰盖水文学其他部分之间的相互关系。在南极洲，”楚说。
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