躍動的冰川

編譯 費文緒

2015年9月，挪威斯瓦爾巴群島的瓦倫伯格布里恩冰川一天之內躍動了將近9米，吞沒了一個海灘

冰川“跑得”像火車一樣快

在藏西高原，2016年7月17日的早晨天氣很好。“在昨晚一場大雨過后，今天的空氣聞起來特別清新。”西藏阿里地區日土縣東汝鄉阿汝村村主任占堆說，他和許多西藏人同名。然后，占堆接到了一個令人毛骨悚然的電話。一個村民連珠炮似的向他描述了一場突如其來的冰崩剛才如何“吞噬了牧場”——冰崩掃蕩了一片肥沃的牧場，那是包括占堆的一些親戚在內的阿汝村村民放養牦牛和羊群的地方。

占堆拔腿飛奔到海拔5 100米高的阿汝冰河，投入救援工作。牧場已經消失了，被埋葬在30米高的冰墻之下。據目擊者描述，冰川就像一列高速火車一樣行進，冰崩方量相當于把冰傾倒入4萬個奧運會標準游泳池中。包括占堆的姐姐和她的4個孩子在內，9人被埋，被埋的還有數百頭牲畜。

成千上萬條冰川坐落在人類居住地附近，近幾十年來，已有數十次冰川躍動奪走了人類的生命。其中最惡劣的一次冰川躍動發生在2002年，俄羅斯南部高加索山脈的柯卡冰川發生崩塌，造成140人死亡。傳言乃至有一些初步的統計表明，冰川躍動正變得越來越頻繁。在阿汝冰崩發生僅僅兩個月之后，中國科學家手頭研究的案例增加了一個——鄰近的又一個冰川躍動吞沒了另一片牧場。所幸這次冰川躍動，沒有造成人員傷亡。“但是，這接二連三的冰川躍動著實讓人心驚，”中國科學院青藏高原研究所的冰川學家姚檀棟表示，“會讓你覺得納悶：這是咋回事啊？”

躍動之謎

大多數冰川躍動，廣義的定義是冰流速度比冰川通常的前進速度要快至少10倍，通常是數百倍，并且更安靜。很多冰川運動緩慢得覺察不到，但也有些冰川的運動速度非常驚人。例如，1953年，巴基斯坦的庫提阿冰川在3個月時間里前進了12千米。除了掩埋居住地，冰川躍動還會威脅到遙遠的社區。它們會堵塞河流，所形成的湖泊隨后可能會暴發洪水，并且通過損耗冰川質量，它們會威脅下游城鎮和農場賴以生存的融水的流動。

現在，通過研究從西藏到挪威斯瓦爾巴群島的北極島嶼的冰川，研究人員開始理解為什么有些冰川會在極端的停滯和破壞性的涌流之間搖擺，以及如何預測冰川躍動。一直以來，大多數冰川學家都認為冰川的物理特性，比如厚度、形狀以及所處的地形特點決定了其是否會發生躍動。現在，他們相信有一個外部因素也發揮著重要作用：降水和融化產生的水。這些水能在冰面上蓄積成池，并通過裂隙滲入冰川，抵達冰川的底部，然后加溫、潤滑最終融化冰川。

沒有人認為這就是完整的解釋。挪威奧斯陸大學的遙感專家安德烈亞斯·卡巴（Andreas）指出，“多種因素的綜合作用決定了冰川是否以及如何躍動。”但是融水的一個重要作用表明“在全球變暖的環境下，我們很可能看到更多的冰川躍動，”姚檀棟表示，“這對風險管理提出了嚴峻挑戰。”

研究躍動的冰川也有助于人們洞悉大規模冰川流動帶來的全球影響：南極和格陵蘭島的冰蓋運動可能會突然改變，從而改變影響海平面的輸冰量。“潛在的物理學是相同的。”奧斯陸大學冰川學家托馬斯·舒勒（Thomas Schuler）說。

冰川躍動讓科學家們既著迷又困惑了數十年。“如果你把冰川看成是一個銀行賬戶，那么，一次冰川躍動就是一次大規模的支出潮。”卡巴指出。所有冰川都必須排出其上游積聚的質量。“一些冰川就是流動得更快，但是也有些冰川無論如何都流不快，”他說，“它們像是被困住了，直到幾十年乃至幾百年后,積累的質量才以一種壯觀的方式釋放出來。”

據我們所知，地球只有1%的冰川——總數大約是2300個，正在經歷這些突如其來的運動，不過如果對冰川進行更密切的遙感監測，這個數字很可能還會增加。冰川躍動集中在地理學的熱點地方，包括挪威斯瓦爾巴群島、加拿大的育空地區、美國的阿拉斯加州、中國的藏西以及中亞的喀喇昆侖山脈和帕米爾山脈。地理格局只會使冰川躍動這個謎題更加高深莫測。例如，一些專家認為喀喇昆侖山脈的冰川因為陡峭而容易躍動；在接近冰川頂部的地方發生強降雪時，累積的冰雪質量僅僅在重力作用下就可能引發冰川躍動。但是，這并不能解釋為什么在地勢相對平坦的斯瓦爾巴群島，躍動的冰川比比皆是。

即使是相鄰的冰川也可能具有完全不同的“個性”。位于特羅姆瑟的挪威極地研究所的冰川學家杰克·科勒（Jack Kohler）以斯瓦爾巴群島上兩個毗鄰的巨大冰川——孔斯維根冰川和科隆布里恩冰川為例，指出，“它們就像雙胞胎兄弟，但是一個躍動，另一個卻不躍動，這完全就是一個謎。”

為了了解冰川躍動更深層的動力學，研究人員試圖親眼看見這一現象，但一直以來想這樣做并不容易。1980年，位于加拿大溫哥華的不列顛哥倫比亞大學的冰川學家加里·克拉克（Garry Clarke）認為，在育空地區的特拉普里奇冰川看見躍動現象的概率比較大，40年前那里曾發生過一次劇烈的冰川躍動。他注意到，冰川的上游正變得越來越陡峭，裂隙正在成倍增加——這通常是冰川不穩定的跡象。“它看起來精力充沛，像是準備再爆發一次躍動。”克拉克說。他的團隊安裝了各種儀器監測一系列參數——從冰的溫度到水壓和冰下的傳導率等。“我們真的希望從一開始就捕捉到一次精力充沛的冰川躍動是如何發生的，”他說，“我們所能做的唯有等待，但是冰川發生躍動的那個時刻并沒有來臨。”

不過，在斯瓦爾巴群島，舒勒和他的同事們則運氣更好。2004年，他們開始監測歐洲面積最大的冰蓋——挪威奧斯特芬那冰蓋，這個巨型的冰蓋有些地方達560米厚，橫亙8 500平方公里，大約是波多黎各的國土面積那么大。他們的目標是評估冰川質量的波動，并不指望看到冰川躍動。但是，沒想到3年后，他們看到冰川形成了裂隙。2007年夏天，他們在鉆入冰川的金屬樁上安裝了GPS接收機。舒勒說，“后來，事情變得越來越有趣了。”

正如2015年研究人員在《冰凍圈》（The Cryosphere）雜志所報告的，每年，奧斯特芬那冰蓋都會在7月初加速運動，而在8月下旬運動變緩。更快的運動速度與氣溫高于冰點的天數有廣泛關聯。但是，年復一年，冰川在8月減緩運動之后，其運動速度仍比加速前更快。“每年夏天，冰川的運動速度都被推進到一個更高的水平。”舒勒說。與此同時，冰川的裂隙變得更深并不斷擴大。突然，在2012年秋天，冰川以一種蔚為壯觀的方式崩塌了。在隨后的幾個月里，冰川噴涌出4.2立方千米的冰到巴倫支海，足以填滿170萬個奧運會標準游泳池。舒勒認為，“這次冰川躍動之壯觀，堪稱世紀之躍動。”

神奇之水

基于氣候變暖和冰川運動加速之間的相關性，舒勒和他的同事們認為，觸發冰川躍動的是年年夏天從冰川裂隙滴落下來并在冰川底部累積的融水。當滲水結冰，所釋放出來的潛熱暖化了周圍的冰。“單單是這個因素就能使冰川動力學發生極大的改變。”因為暖和的冰比零下的冰流動速度要快很多，舒勒說。隨著越來越多的水聚積在奧斯特芬那冰蓋下，與日俱增的壓力就像一個液壓千斤頂，把冰川從冰床上抬升起來。

最終，把奧斯特芬那冰蓋的冰舌固定在地面的寒冰解體了。“冰舌是阻止冰川崩塌的關鍵部分。”奧斯陸大學的冰川學家喬恩·奧弗·哈根（Jon Ove Hagen）指出。冰舌的消融縱容了冰川躍動。

奧斯特芬那冰蓋研究給冰川學家們帶來了啟示。并沒有參與奧斯特芬那冰蓋研究的英國圣安德魯斯大學冰川學家海蒂·塞維斯特（Heidi Sevestre）認為，“如果水是觸發冰川躍動的重要因素——我們現在正越發意識到這一點，那么，氣候變化一定會對冰川躍動產生影響。”

無獨有偶，冰川學家對西藏阿汝冰川躍動的分析同樣指向了躍動與氣候之間的關聯。在藏西，自從20世紀90年代以來，每年的總降雪量穩定上升，尤其在高海拔地區，由于風力增強的西風帶來了更多的降水，“冰川正在積聚質量，”姚檀棟指出，“就像銀行賬戶變得越來越有錢了。”與此同時，該地區的平均氣溫在過去50年來上升了1.5℃，是同期全球平均升溫的將近兩倍。3D計算機建模表明，氣候變暖已經促使阿汝冰川流出的融水量增加了50%。“這意味著更多的水會流過冰裂隙，并且蠶食冰體。”奧斯陸大學的冰川學家阿德里安·吉爾伯特（Adrien Gilbert）指出。2016年7月，在中國昆明舉行的第三極科學峰會上，他描述了他的團隊的研究成果。

2010年，衛星圖像顯示，阿汝冰川出現了新的裂隙，年復一年的夏天過后，這些冰裂隙變得更深更大。最終觸發冰川躍動的可能是第一次躍動發生前持續大約40天的反常的強降雨和強降雪。降水“可能是壓垮駱駝的最后一根稻草”，姚檀棟指出，他領導了一項關于阿汝冰川躍動的研究，成果發表在2016年2月的《冰川學》雜志上。

吉爾伯特的研究團隊建立的模型表明，像奧斯特芬那冰蓋一樣，阿汝冰川是在其冰舌被“解錨”之后才發生躍動的。“你需要大量的水才能導致冰舌解錨，”卡巴說，“但是，一旦水找到了出路，躍動就會停止。躍動對冰川來說，是一種減壓。”占堆和其他村民證實，在兩次躍動之后，從冰川鼻噴涌而出的洪水都把山麓淹沒了。

平衡之道

塞維斯特和她的圣安德魯斯大學同事道格拉斯·本恩（Douglas Benn）把融水和降水對躍動的影響結合起來，以更開闊的視野思考：為什么一些冰川會發生躍動，以及躍動很可能在哪里發生。“為了避免麻煩，冰川只有一項工作可做，那就是保持平衡。”塞維斯特指出。這意味著冰川會想方設法排出從空氣、地面、滲過裂隙的水和冰體前進產生的摩擦中獲得的熱量。

發表于2015年《冰川學》雜志的一篇論文中，塞維斯特和本恩通過一項建模研究表明，冰川在氣候極端條件下最容易保持熱平衡：在寒冷干燥的氣候中，它們可以把熱量釋放到寒冷的空氣中；而在溫暖潮濕的環境中，它們通過穩定的融水流動排出熱量。相比之下，在中間氣候條件下的冰川很容易“身體不適”，不斷積累內部熱量，直到在其底部累積了足夠量的水，觸發冰川躍動。

這幅圖景可以幫助冰川學家解釋躍動冰川的地理格局，表明氣候變化可能是影響冰川行為的一個舉足輕重的因素。正如塞維斯特和本恩在他們的論文中所論述：“在氣候變冷或變暖的情況下，冰川可能會從正常型變成躍動型，或者反過來。”抑或，如英國斯旺西大學冰川學家阿德里安·拉克曼（Adrian Luckman）所言，“冰川的行為可能比我們認為的更易變。”

氣候變化可能已經增加了一些地區的冰川躍動次數。比如，在2011年的一篇論文中，加拿大渥太華大學的冰川學家盧克·柯普蘭（Luke Copland）及其同事統計發現，喀喇昆侖山脈在1990—2004年的14年間發生的冰川躍動次數，是1990年以前的14年間發生的冰川躍動次數的兩倍。在另一項研究中，該團隊分析了加拿大育空地區的洛厄爾冰川在1948—2009年間發生的5次躍動，結果發現兩次躍動之間的靜止期的時間長度從20年縮短為12年。美國俄亥俄州立大學的冰川學家朗尼·湯普森（Lonnie Thompson）告訴《科學》雜志，他擔心，隨著氣溫升高，地處熱帶的安第斯山脈的一些高海拔陡峭冰川可能會變得不穩定。湯普森指出，“在那些冰原下面的峽谷地帶，可是大城市和城鎮。”

我們從冰川中學到的東西還可以應用到格陵蘭島和南極的冰蓋。它們比大多數的冰川更為偏遠，也更難研究，不過內部水暖和熱平衡很可能同樣影響了它們的運動。從它們內部流出的冰流“同樣也能從平穩緩慢的移動轉變為快速流動，繼而傾倒更多的冰到海洋中，或者反之，”加拿大萊斯布里奇大學的冰川學家海絲特·吉斯庫特（Hester Jiskoot）指出，“這是海平面打出的最狂野的牌之一。”

一個教科書式的范例是西南極的坎布冰流。為了找到坎布冰流過去運動的線索，研究人員探查了很深的冰層，發現冰流每天前進2米，這種運動狀態大概持續了若干世紀，直到19世紀中葉。然后，可能是在冰下積累的水流動到附近的冰流之后，它突然陷入幾乎停頓的狀態，每天只爬行幾毫米，而附近的冰流則從此開始前進。

基于更小的冰川的數據建立的模型，可以幫助研究人員預測極地的冰流是否將在氣候變暖的世界變得更反常。但是，舒勒提醒說，氣候變暖對冰蓋運動的影響比對單個冰川的影響更難預測。“我們幾乎不知道長遠來看這種影響將有什么表現。”

西藏阿汝2016年6月（左）和9月（右）的衛星圖像，顯示了兩次大規模的冰川躍動，其中一次是致命的

捕捉冰川躍動

晚春的一天，在斯瓦爾巴群島上，克里斯托弗·努斯（Christopher Nuth）加大油門，開著他的雪地摩托車穿過霧靄，為了讓上下顛簸的雪地摩托車不偏離道路，他像一個雜技演員一樣變換騎行姿勢。這位奧斯陸大學的冰川學家正例行往返于一個國際科學村新奧爾松和孔斯維根冰川，該冰川是前文所述形成奇怪的行為對比的兩個冰川之一。

顛簸得骨頭快散架的一個小時車程后，努斯抵達了他的野外工作場地。能見度得到改善，孔斯維根冰川看起來很靜謐，其光滑的表面平緩地朝著峽灣傾斜。“孔斯維根冰川的平靜外表具有欺騙性，”努斯說，“其實，它有行為反復無常的歷史。”1948年，孔斯維根冰川傾吐出大量的冰和巖屑到峽灣和通往其鄰居科隆布里恩冰川的旁路上，傾吐量沒有可靠的估計。然后，它的運動慢下來，變成了世界上最遲鈍的冰川之一，每天大約只爬行2厘米。相比之下，科隆布里恩冰川則沒有表現出如此變幻莫測的行為，保持著每日前進3米的穩定步調。

現在，孔斯維根冰川可能會再次任性。它的上游積雪堆積，正變得越來越陡峭，孔斯維根冰川的運動正在加速。努斯屈膝跪在雪地里，把太陽能電池板連接到一個固定在冰里的GPS接收機上。通過此處和科隆布里恩冰川的傳感器網絡，他的研究團隊將以毫米級精度測量冰體的運動。

初步研究結果表明，在溫暖潮濕的條件下，冰川的表面能升高多達1/3米——努斯相信，這是來自冰下融水的巨大的液壓效應作用的結果。“真是太神奇了，”他驚嘆道，“那是大量的水，把數百米長的冰體抬升了。”通常，當冰體抬升后，冰的流動會變快——更多證據證明了融水在冰川躍動中所起的作用。2018年，努斯的研究團隊將安裝測震儀，探聽冰下水流和裂隙形成的聲音。

斯瓦爾巴群島的科學家希望，把這兩座鄰近的冰川連接起來研究將會揭示為什么它們以截然不同的速度運動。他們也希望研究結果將有助于人們更廣泛了解冰川流動力學，從而拯救生命，幫助預測海平面變化。努斯相信，科隆布里恩冰川可能處于崩塌的邊緣，正如其70年前一樣。“我們甚至可能捕捉到一次冰川躍動，”他說，“你根本預料不到。”