从上面看，南极冰盖可能看起来像一个平静的、永久的冰毯，已经覆盖了南极洲数百万年。但冰盖最厚处可能有数千米深，它隐藏着数百个融水湖，其底部与基岩相接。在地表深处，其中一些湖泊通过最终流入海洋的水道系统不断填充和排水。

现在，借助 NASA 有史以来在太空中飞行的最先进的地球观测激光仪器，科学家们改进了他们对南极西部冰盖下这些隐藏湖泊系统的地图，并发现了另外两个活跃的冰下湖泊。

这项新研究为从太空发现新的冰下湖泊以及评估这种隐藏的管道系统如何影响冰滑入南大洋的速度提供了重要的见解，增加了可能改变其循环和生态系统的淡水。

宇航局的冰、云和陆地高程卫星 2 号或 ICESat-2 使科学家能够精确绘制冰下湖泊的地图。卫星测量冰面的高度，尽管冰面的厚度很大，但随着冰盖下湖泊的填满或排空，它会上升或下降。

该研究于 7 月 7 日发表在《地球物理研究快报》上，整合了 ICESat-2 的前身、最初的 ICESat 任务以及欧洲航天局专门用于监测极地冰层厚度的卫星 CryoSat-2 的高度数据。

几十年来，南极冰盖下的水文系统一直是个谜。这种情况在 2007 年开始发生变化，当时加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所的冰川学家海伦阿曼达弗里克取得了一项突破，帮助更新了对南极洲冰下湖泊的经典理解。

弗里克使用 2007 年原始 ICESat 的数据，首次发现在南极洲快速流动的冰流下，整个湖泊网络相互连接，随着时间的推移积极地填充和排水。以前，这些湖泊被认为是静态地保持融水，没有填充和排水。

助理教授马修·西格弗里德(Matthew Siegfried)说：“在冰床界面发现了这些相互连接的湖泊系统，它们使水四处流动，对冰川学、微生物学和海洋学产生了所有这些影响——这是 ICESat 任务的重大发现。”科罗拉多州戈尔登市科罗拉多矿业学院地球物理学博士和这项新研究的首席研究员。“ICESat-2就像使用ICESat后戴上眼镜，数据精度如此之高，我们真的可以开始绘制地表的湖泊边界了。”

科学家们假设南极洲的冰下水交换是由多种因素造成的，包括上面冰块的巨大重量所施加的压力波动、冰盖床和下面的岩石之间的摩擦，以及来自冰层的热量。下面的地球被冰的厚度绝缘。这与格陵兰冰盖形成鲜明对比，在那里，冰床处的湖泊充满了通过表面裂缝和孔洞排出的融水。

为了利用卫星数据研究冰下湖泊更频繁地充填和排水的区域，齐格弗里德与弗里克合作，弗里克在设计 ICESat-2 任务从太空观察极地冰的方式方面发挥了关键作用。

Siegfried 和 Fricker 的新研究表明，自最初的 ICESat 任务开始测量冰盖表面的海拔变化以来，包括位于南极洲西部 Mercer 和 Whillans 冰流下的 Conway 和 Mercer 湖在内的一组湖泊正在经历第三次排水期在 2003 年。两个新发现的湖泊也位于该地区。

除了提供重要数据外，该研究还表明，随着水进入和离开水库，湖泊的轮廓或边界会逐渐发生变化。

“我们真的在绘制出此时存在的任何高度异常，”齐格弗里德说。“如果有湖泊填满和排水，我们将用 ICESat-2 检测它们。”

“帮助我们观察”冰盖下

如果科学家想要更好地了解南极洲的冰下管道系统，以及所有这些淡水如何改变上面冰盖的速度或最终流入的海洋循环，那么对基础融水的精确测量至关重要。

一个巨大的圆顶状冰层覆盖了大部分，南极冰盖像超厚的蜂蜜一样从的中心区域缓慢向外流动。但是当冰接近海岸时，它的速度发生了剧烈的变化，变成了河流般的冰流，以每天高达几米的速度将冰快速地汇集到海洋中。冰移动的快慢部分取决于融水在冰盖上滑动时润滑冰盖的方式。

随着冰盖移动，它会出现裂缝、裂缝和其他缺陷。当冰层下的湖泊积水或失水时，它们也会使上面的冰冻表面变形。无论大小，ICESat-2 使用激光高度计系统以前所未有的细节测量地球表面，以精确到几英寸的精度绘制这些高程变化。

通过长期卫星任务跟踪这些复杂的过程将为冰盖的命运提供重要的见解。冰川学家在过去 20 年中发现的冰盖的一个重要部分来自对极地冰如何响应大气和海洋变暖的变化的观察，但隐藏的过程，例如湖泊系统在冰下运输水的方式将弗里克说，这也是未来南极冰盖研究的关键。

弗里克说：“这些是南极洲下正在发生的过程，如果我们没有卫星数据，我们就不会知道这些过程，”弗里克强调说，她 2007 年的发现使冰川学家能够确认南极洲隐藏的管道系统以更快的速度输送水。比以前想象的要好。“我们一直在努力获得关于南极洲未来的良好预测，ICESat-2 等仪器正在帮助我们在过程尺度上进行观察。”

ICESat-2 将为科学家提供高度测量，创建地球第三维的全球画像，收集可以精确跟踪地形变化的数据，包括冰川、海冰、森林等。ICESat-2 上的单一仪器是 ATLAS，高级地形激光高度计系统，将测量融化的冰盖并研究它如何影响海平面上升，研究冰盖和冰川质量的变化，估计和研究海冰厚度，以及测量全球森林和其他生态系统中植被的高度。图片来源：NASA/Ryan Fitzgibbons

'一个与整个地球系统相连的水系统'

来自冰盖的淡水如何影响南大洋及其海洋生态系统的循环是南极洲最保守的秘密之一。由于的冰下水文在移动这些水方面起着关键作用，齐格弗里德还强调了冰盖与地球其他地方的系。

“我们谈论的不仅仅是冰盖，”齐格弗里德说。“我们真正谈论的是与整个地球系统相连的水系统。”

最近，弗里克和另一组科学家探索了淡水和南大洋之间的这种系——但这一次是通过观察冰架表面附近的湖泊，这是一块漂浮在海洋上的大冰块，作为冰盖的延伸. 他们的研究报告称，在从湖底到南极洲东部艾默里冰架底部的裂缝或裂缝之后，一个被冰覆盖的大型湖泊在 2019 年突然坍塌。

利用来自 ICESat-2 的数据，该团队分析了冰架景观的崎岖变化。该事件留下了一个天坑或落水洞，这是一个约四平方英里(约 10 平方公里)的巨大洼地，是纽约市中央公园面积的三倍多。三天之内，这条裂缝将近 2000 亿加仑的淡水从冰架表面输送到下方的海洋中。

在夏季，数以千计的绿松石融水湖点缀着南极洲冰架明亮的白色表面。但这一突然事件发生在冬季中期，当时科学家预计冰架表面的水将完全冻结。由于ICESat-2以完全重复的地面轨道绕地球运行，因此即使在极地冬季的黑暗中，它的激光束也可以显示湖泊排干前后地形的巨大变化。

该研究的主要作者、塔斯马尼亚大学澳大利亚南极计划伙伴关系的冰川学家罗兰·华纳 (Roland Warner) 首次在来自国家航空航天局和地质调查局的合任务 Landsat 8 的图像中发现了伤痕累累的冰架。沃纳说，排水事件很可能是由水力压裂过程引起的，在这个过程中，大量的湖水导致地表裂缝直接穿过冰架到达下方的海洋。

华纳说：“由于漂浮的冰架表面失去了这种重量的水，整个东西都以湖为中心向上弯曲。” “这只是盯着卫星图像是很难弄清楚的。”

在温暖的月份，南极洲冰架上的融水湖泊和溪流很常见。由于科学家们预计随着气温升高，这些融水湖会变得更加普遍，因此未来几十年水力压裂的风险也可能增加。尽管如此，该团队仍得出结论，现在确定南极洲气候变暖是否导致阿默里冰架上观察到的湖泊消亡还为时过早。

用测高数据目睹漏斗的形成是一个难得的机会，但这也是冰川学家需要分析的事件类型，以便研究与南极洲模型相关的所有冰动态。

“我们从卫星测高中学到了很多关于冰盖动态过程的知识，我们计划下一代高度计卫星继续这一记录至关重要，”弗里克说。