Tectonically inherited shelf bathymetry mediates ice-ocean interaction in Lützow-Holm Bay, East Antarctica

南极洲冰架下的海洋底部并非一片平坦、无特征的平原。这是一个由古老力量雕琢并经由移动冰川重塑的地貌，充满了深邃的海沟和浅显的脊状地形，这些地形充当了流向冰架下方水流的守门人。这种水下地形至关重要，因为它控制着来自深海的暖水如何到达冰川底部。当这些被称为改良环绕极地深层水（modified Circumpolar Deep Water）的暖水流入深邃的通道时，它们会从下方融化冰层，导致冰架变薄并使冰川退缩。然而，几十年来，科学家们一直难以清晰地观测到这一隐藏的地貌。厚重且持久的海冰阻碍了船只靠近冰川前缘航行，导致我们的地图留下了巨大的空白。如果没有关于水下通道深度和形状的精确地图，就无法预测未来海洋将如何与冰川相互作用，也无法理解冰盖在过去气候变化期间的表现。

由日本国立极地研究研究所的藤井正和（Masakazu Fujii）与野木义文（Yoshifumi Nogi）领导的研究小组，终于填补了东部南极洲特定区域——罗佐夫霍姆湾（Lützow-Holm Bay）的部分缺失环节。通过利用海冰破碎程度足以让船只通过的罕见夏季，他们驶近冰川前缘，并利用声波绘制了海底地图。他们的工作揭示了一个由地球地壳底层岩石结构所塑造的、由深邃槽谷和浅滩组成的复杂网络。他们发现，通往不同冰川的通道深度差异显著，形成了天然的屏障，既可以允许也可以阻挡暖水的流动。此外，研究人员发现，这些深层通道的方向和位置与地壳中古老的裂缝和边界相一致，这表明大陆的地质构造帮助引导了冰川在数百万年前开凿出最深路径的方向。

研究人员在2016年至2018年间的三个夏天进行了调查，使用日本破冰船“白濑号”（Shirase）在海湾中航行。他们使用了一种高分辨率的单波束声学系统，沿船只航迹获取深度测量数据。他们收集了超过90万个独立的深度测量数据，创建了一幅比以往地图具有更高位置精度的详细海底图像。为了确保这些测量数据的准确性，他们考虑了随温度和盐度变化的声速因素。通过将这些新数据与过去通过海冰获取的较不精确的旧测量数据相结合，他们制作了一幅全面的海湾水下几何形态图。

新地图显示，通往海湾内各冰川的通道深度存在显著差异。位于白濑冰川（Shirase Glacier）前方的主要通道既深且宽，深度超过1000米，并通过一个深度约为740米的入口直接与深海相连。这种深层的连接意味着暖水可以相对容易地流向白濑冰川的底部。相比之下，通往斯卡伦（Skallen）、特伦（Telen）和洪诺尔（Honnør）冰川的通道被浅层的水下脊状地形（即浅滩）隔开。斯卡伦和特伦槽谷的入口被一个约580米深的浅滩阻挡，而洪诺尔槽谷的入口则更浅，约为480米。这些浅滩充当了阈值；它们并不会完全阻止暖水，但会增加改良环绕极地深层水到达冰川前缘的难度。暖水是否能够跨越这些阈值取决于当时的海洋状况，但海底的物理形状为这些相互作用设定了舞台。

这项研究还探讨了为什么这些通道和脊状地形会存在于特定的位置。研究人员将新的地形测量图与该区域的磁异常数据进行了对比，这些数据揭示了隐藏在冰层和沉积物之下的古老基岩结构。他们发现，槽谷向西北-东南延伸的部分在空间上与一个主要的磁边界相一致。这一边界是冈瓦纳超大陆分裂时期的古老构造活动遗迹。这种对齐表明，冰川并非随机开凿这些通道；相反，冰川遵循了基岩中预先存在的薄弱点和裂隙，并在漫长的岁月中将其加深。这意味着，今日的水下景观形状是大陆古老地质与数千年来流经其上的冰盖侵蚀力量共同作用的结果。

这些发现对于理解南极冰盖如何响应气候变暖具有重要意义。浅滩的深度和槽谷的排列决定了暖海水到达冰川的难易程度。如果海水足够深以至于能流过浅滩，它就会加速融化并使冰架变得不稳定。研究人员指出，槽谷的分段特性（具有不同的深度和连接方式）创造了一个复杂的系统，使得不同的冰川可能对相同的海洋条件做出不同的反应。例如，白濑冰川拥有更深且更连续的潜在暖水进入路径，而较浅的浅滩可能会限制通往斯卡伦、特伦和洪诺尔冰川前缘槽谷的暖水进入。这些路径的实际有效性取决于随时间变化的海洋状况，但这种结构性的控制有助于解释为什么冰盖的某些部分可能比其他部分退缩得更快。

该论文并未声称已经解决了冰-洋相互作用的整个谜团，也没有提供关于未来融化速率的确定性预测。相反，它提供了一个至关重要的几何框架，科学家现在可以利用这一框架来构建更好的计算机模型。通过确切了解深层通道的位置以及浅层障碍物的深度，研究人员可以更准确地模拟暖水的流动。该研究还强调，地球地壳的历史不仅是遥远过去的记录，它还通过控制海洋的路径，积极地塑造着当今的气候系统。这项工作凸显了在偏远、受冰覆盖地区收集数据的珍贵机会，表明即使是对海底知识的微小提升，也能让我们对驱动南极洲变化的各种力量有更清晰的理解。