光纤用来测量格陵兰冰原的温度

科学家已经使用光纤传感技术获得了格陵兰冰原上最详细的冰质测量数据。随着气候变化的影响不断加剧，他们的发现将用于为世界第二大冰原的未来运动建立更准确的模型。

由剑桥大学领导的研究小组使用了一种新技术，其中激光脉冲在光缆中传输，以获取从冰盖表面一直到底部的高度详细的温度测量值，超过1000米以下。

与以前的研究相比，以前的研究是通过相距数十米甚至数百米的独立传感器来测量温度的，而新方法则允许沿着安装在深孔中的光缆的整个长度进行温度测量。结果是非常详细的温度曲线，该曲线控制了冰变形的速度，以及冰盖最终流动的速度。

人们认为冰盖的温度以平滑的梯度变化，在太阳撞击的表面最温暖，在冰盖越过冰川下的地形向海洋倾斜时，地热在底部受地热和摩擦力的加热。 。

相反，新的研究发现温度分布更加不均匀，高度局部变形的区域进一步使冰变暖。这种变形集中在不同年龄和类型的冰之间的边界处。尽管尚不清楚这种变形的确切原因，但这可能是由于过去的火山喷发或穿透冰面以下几百米的大裂缝造成的冰尘所致。结果发表在《科学进展》杂志上。

自1980年代以来，格陵兰冰原的质量损失增加了六倍，现在是全球海平面上升的最大贡献者。这种质量损失的大约一半来自地表融水径流，而另一半则是由到达海洋的快速流动的冰川将冰直接排放到海洋中驱动的。

夜班：在漫长的一天的钻探之后的凌晨3点，将光缆安装在钻孔中。图片提供：Adam Booth和RESPONDER团队

为了确定冰川中冰的运动方式和热力学过程，准确的冰温测量至关重要。可以通过卫星或野外观察以相对简单的方式检测地表条件。但是，要确定在千米厚的冰盖底部发生的情况要困难得多，而且观测不足是造成全球海平面上升预测不确定性的主要原因。

由欧洲研究理事会资助的RESPONDER项目正在使用热水钻探技术穿越Sermeq Kujalleq(Store Glacier)来解决这个问题，并直接研究格陵兰岛最大冰川之一的环境。

“我们通常通过将传感器连接到我们钻入钻孔的电缆中来在冰盖内进行测量，但是到目前为止，我们所观察到的情况并不能使我们对发生的事情有完整的了解。” 。Scott Polar研究机构的Poul Christoffersen领导RESPONDER项目。“我们能够收集的数据越精确，就越清晰地描绘出这张照片，这反过来将有助于我们对冰盖的未来做出更准确的预测。”

第一作者罗伯特·劳特(Robert Law)博士说：“采用典型的传感方法，我们只能在电缆上安装大约十二个传感器，因此测量之间的间隔非常大。” 斯科特极地研究所的候选人。“但是通过使用光纤电缆，实际上，整个电缆成为了传感器，因此我们可以从表面一直到基座进行精确的测量。”

要安装电缆，科学家必须首先钻穿冰川，这一过程由阿伯里斯特威斯大学的Bryn Hubbard教授和Samuel Doyle博士领导。将电缆放到井眼中后，研究小组在电缆中发射了激光脉冲，然后记录了电缆中光散射的畸变，该畸变随周围冰的温度而变化。荷兰代尔夫特理工大学的工程师和利兹大学的地球物理学家协助进行了数据收集和分析。

“这项技术是我们在远距离和真正高分辨率下记录冰温空间变化能力的一项重大进步。经过进一步的改进，该技术还可以以类似的高分辨率记录其他性质，例如变形，”哈伯德

克里斯托弗森说：“总的来说，我们的阅读所描绘的景象远比目前的理论和模型所预测的要大得多。” “我们发现温度受冰带和不同类型冰之间边界处变形的强烈影响。这表明包括我们自己在内的许多模型都存在局限性。”

研究人员在冰川中发现了三层冰。最近一万年来形成的最厚的一层是冷的和坚硬的冰。在下面，他们发现了上一个冰期的较旧冰块，由于积存在冰中的灰尘，该冰块更软且更易变形。然而，令研究人员最惊讶的是冰川底部超过70米厚的暖冰层。劳说：“我们知道来自较温暖的高山环境的这种类型的温暖的冰，但是在这里，冰川是通过自身变形产生热量的。”

克里斯托弗森说：“有了这些观察，我们开始更好地理解为什么格陵兰冰原如此迅速地失去质量，以及为什么排冰是如此重要的制冰机制。”

我们对气候变化的理解的主要限制之一是与冰川和冰盖的行为有关。新的数据将使研究人员能够改进他们关于格陵兰冰盖目前如何运动，未来可能如何运动以及这对全球海平面上升意味着什么的模型。

该研究部分由资助。

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