海底峽谷是海底最引人注目、最復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)之一，但人們對(duì)其中許多峽谷仍知之甚少，尤其是在北極和南極等偏遠(yuǎn)極地地區(qū)的峽谷。《海洋地質(zhì)學(xué)》雜志最近發(fā)表的一篇論文，提供了迄今為止最全面的南極海底峽谷清單，記錄了332個(gè)峽谷系統(tǒng)，其中一些峽谷系統(tǒng)的深度超過4000米。

海底峽谷形成于海底，在海洋動(dòng)力學(xué)中起著決定性的作用。圖片來源：巴塞羅那大學(xué)馬克·塞爾達(dá)

這份新目錄識(shí)別出的峽谷數(shù)量是之前調(diào)查數(shù)量的五倍，由巴塞羅那大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院海洋地球科學(xué)綜合研究小組的David Amblàs和科克大學(xué)海洋地球科學(xué)研究小組的Riccardo Arosio共同編制。他們的研究結(jié)果表明，南極海底峽谷在影響洋流、冰架變薄以及更廣泛的氣候動(dòng)態(tài)方面可能發(fā)揮比以往認(rèn)識(shí)的更大的作用，尤其是在阿蒙森海和東南極洲等敏感區(qū)域。

海底峽谷是切入海底的深谷，是影響海洋過程的關(guān)鍵特征。它們將沉積物和營養(yǎng)物質(zhì)從沿海地區(qū)輸送到深海，連接淺水區(qū)和深水區(qū)，并支持生物多樣性豐富的生態(tài)系統(tǒng)。盡管全球已發(fā)現(xiàn)約10000個(gè)海底峽谷，但只有27%的海底被高分辨率測(cè)繪，這意味著還有更多峽谷未被發(fā)現(xiàn)。盡管這些峽谷對(duì)海洋生態(tài)學(xué)、海洋環(huán)流和地質(zhì)學(xué)至關(guān)重要，但它們——尤其是極地地區(qū)的峽谷——仍未得到深入研究。

一份新的高分辨率目錄識(shí)別出南極大陸海底332個(gè)海底峽谷網(wǎng)絡(luò)。圖片來源：巴塞羅那大學(xué)

“與北極的峽谷一樣，南極海底峽谷也與世界其他地區(qū)的峽谷相似，”大衛(wèi)·安布拉斯（David Amblàs）解釋道。“但由于極地冰川的長期作用以及冰川向大陸架搬運(yùn)的大量沉積物，它們往往更大更深。” 此外，南極峽谷主要由濁流形成，濁流將懸浮沉積物高速?zèng)_刷下坡，侵蝕著流經(jīng)的山谷。在南極洲，陡峭的海底地形坡度加上豐富的冰川沉積物，放大了這些濁流的影響，并促成了大型峽谷的形成。

Amblàs 和 Arosio 的最新研究借鑒了《南大洋國際水深圖》（IBCSO v2）的第二版，該圖提供了該地區(qū)最全面、最詳細(xì)的海底地圖。該研究整合了最新獲得的高分辨率水深數(shù)據(jù)，并采用了作者開發(fā)的半自動(dòng)化技術(shù)來探測(cè)和分析海底峽谷。在分析中，他們考察了15個(gè)形態(tài)參數(shù)，揭示了東南極洲和西南極洲峽谷系統(tǒng)之間的顯著差異。

該目錄識(shí)別出的峽谷數(shù)量是此前研究的五倍，由巴塞羅那大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院海洋地球科學(xué)綜合研究小組的戴維·安布拉斯 (David Amblàs) 和科克大學(xué)海洋地球科學(xué)研究小組的里卡多·阿羅西奧 (Riccardo Arosio) 共同編制。圖片來源：巴塞羅那大學(xué)

“我們分析的一些海底峽谷深度超過4000米，”大衛(wèi)·安布拉斯解釋說。“其中最壯觀的峽谷位于東南極洲，其特點(diǎn)是復(fù)雜的分支峽谷系統(tǒng)。這些峽谷系統(tǒng)通常始于大陸架邊緣附近的多個(gè)峽谷源頭，匯聚成一條主水道，穿過大陸坡陡峭的坡度，最終延伸至深海。”

里卡多·阿羅西奧指出：“觀察南極洲兩大主要區(qū)域峽谷之間的差異尤其有趣，因?yàn)檫@種差異此前從未被描述過。東南極洲峽谷更為復(fù)雜，分支眾多，通常形成廣泛的峽谷水道系統(tǒng)，并具有典型的U形橫截面。這表明，這些峽谷在持續(xù)的冰川活動(dòng)下經(jīng)歷了長期發(fā)展，并受到侵蝕和沉積作用的更大影響。相比之下，西南極洲峽谷更短更陡，其特征是V形橫截面?！?/p>

大衛(wèi)·安布拉斯（David Amblàs）認(rèn)為，這種形態(tài)差異支持了東南極洲冰蓋起源更早且經(jīng)歷了更長期發(fā)展的觀點(diǎn)?！俺练e記錄研究曾提出過這種觀點(diǎn)，”安布拉斯說，“但大規(guī)模海底地貌學(xué)研究尚未對(duì)此進(jìn)行描述?！?/p>

南極峽谷也促進(jìn)了深海和大陸架之間的水交換。圖片來源：海洋地質(zhì)學(xué)

關(guān)于這項(xiàng)研究，Riccardo Arosio 還解釋說：“得益于新水深數(shù)據(jù)庫的高分辨率——每像素 500 米，而之前的地圖分辨率為每像素 1-2 公里——我們可以更可靠地應(yīng)用半自動(dòng)化技術(shù)來識(shí)別、剖析和分析海底峽谷。這項(xiàng)研究的優(yōu)勢(shì)在于它結(jié)合了之前研究中已經(jīng)使用過的各種技術(shù)，現(xiàn)在這些技術(shù)被整合成一個(gè)強(qiáng)大而系統(tǒng)的方案。我們還開發(fā)了一個(gè) GIS 軟件腳本，只需幾次點(diǎn)擊，即可計(jì)算出各種特定于峽谷的形態(tài)參數(shù)?！?/p>

除了其引人注目的外觀外，南極海底峽谷在深海和大陸架之間的水流輸送中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們幫助將冰架附近形成的寒冷、稠密的水輸送到深海，在那里形成南極底層水——這是調(diào)節(jié)海洋環(huán)流和影響全球氣候模式的關(guān)鍵組成部分。

這些峽谷還將較暖的水流（例如環(huán)極深層水）從公海引向南極海岸線。這種運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)致浮冰架融化變薄的主要因素，而浮冰架對(duì)于穩(wěn)定內(nèi)陸冰川至關(guān)重要。正如安布拉斯和阿羅西奧所指出的，當(dāng)這些冰架變?nèi)趸驍嗔褧r(shí)，冰川冰流入海洋的速度就會(huì)加快，直接導(dǎo)致海平面上升。

Amblàs 和 Arosio 的研究還強(qiáng)調(diào)，當(dāng)前的海洋環(huán)流模型（例如政府間氣候變化專門委員會(huì)使用的模型）無法準(zhǔn)確再現(xiàn)局部尺度上水團(tuán)與峽谷等復(fù)雜地形之間發(fā)生的物理過程。這些過程包括洋流溝壑、垂直混合和深水通風(fēng)，對(duì)于南極底層水等寒冷、密集水團(tuán)的形成和轉(zhuǎn)化至關(guān)重要。忽略這些局部機(jī)制會(huì)限制模型預(yù)測(cè)海洋和氣候動(dòng)態(tài)變化的能力。

正如兩位研究人員總結(jié)的那樣，“這就是為什么我們必須繼續(xù)在未測(cè)繪區(qū)域收集高分辨率水深數(shù)據(jù)，這些區(qū)域必將揭示新的峽谷，收集現(xiàn)場(chǎng)和通過遠(yuǎn)程傳感器的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并不斷改進(jìn)我們的氣候模型，以更好地代表這些過程并提高對(duì)氣候變化影響預(yù)測(cè)的可靠性?！?/p>

編譯自/scitechdaily