机器人帮助人类了解末日冰川

陈道

思韦茨冰架下的机器人

近日，在数千英尺深的Thwaites Glacier（思韦茨冰架）下，一个冰鳍机器人（Icefin the robot）正在拍摄水平面以下的特征，冰川的融化速度比科学家预测的快得多，这是海平面上升的不祥之兆。

冰鳍机器人可以前往人类无法到达的地方，在2000英尺冰层下的南极洲海洋中运动自如。这款类似于鱼雷形的机器，通过一个用热水钻出的钻孔下降，读取数据，拍摄思韦茨冰川水下中间“腹部”位置的视频。这片冰川有佛罗里达州般大小，在过去的几年里，思韦茨冰川一直受到密切关注，二十年来一直在加速流失，说不定最终会彻底消失，注入海洋的水量将大大增加海平面的范围，这也是一些媒体将它称之为“末日冰川”的原因。如果它崩塌，全球海平面可能会上升超过一英尺，在它彻底消失后可能还会影响周围的冰川，使海平面上升10英尺。

在近期《自然》杂志上的两篇论文中，科学家们描述了科学仪器在冰下发现的不好趋势。早在2020年1月，思韦茨冰架下就安装了传感器，用来监测温度、盐度和洋流。研究人员记录并分析了该地区温度和融水含量的变化。他们观察到，位于大陆架正下方的海洋浅层在显著变暖，测量结果还显示，冰下层的融水部分有所增加。

机器人发现，有超过30英尺高的垂直墙梯状冰层，那里的融化速度比平坦区域快得多。Icefin项目的负责人、康奈尔大学地球和行星科学家布兰妮·施密特认为：“部分冰层有25%的融化，给海洋带来的影响是巨大。”

为了部署冰鳍机器人和其他仪器，施密特和她的同事们在冰川的接地线附近进行了钻探，位置选的是一块从南极陆地上浮起来的厚实冰层。和传统思维不同，末日冰川融化的风险不是由于陆地上方大气温度的升高，而是由于下方海洋温度升高。自上世纪90年代后期以来，它的接地线已经向内陆后退10英里，这意味着现在更多的冰川冰正在与温暖的盐水接触。当潮水来临时，冰层会升起让更多的海水涌入下面。

南极洲钻孔的热水钻探

Icefintherobot在南极洲麦克默多站附近海冰下操作

拍摄卫星视觉无法企及的地带

由于卫星可以观察冰层高度的微小变化，科学家们对后退接地线的位置有了很好的估计。但之前人类没有深入了解冰川腹部在接地线上的样子，因为它在数千英尺的冰层之下，而机器人的参与检测到了更细致的数据。

借助冰鳍机器人，研究人员可以测量水的盐度、温度和含氧量的同时远程控制摄像机。冰基本身的地形非常复杂，有很多阶梯、梯田、裂谷和裂缝，而且极度寒冷，人类潜水员根本无法进行勘测。事实上，该探测器所使用的这些技术也能够用于在其他星球搜寻生命，比如说木卫二，南极洲的冰冷海洋非常类似于木卫二上的液体海洋，这种机器探测器携带的一种科学设备使它能够测量冰层下的海洋条件。

科学家发现，在冰川底面（或科学术语中的基底冰）较光滑的地方，融化的速度要比地形参差不齐的地方慢一些。那是因为一层冷水停留在冰平坦的地方，像液体毯子一样将它与温暖的海水隔离开来。但是在地形倾斜和不规则的地方，有更多的垂直表面，温水可以在那里和冰接触，加快融化，融化會产生一种奇特的“扇形”外观，就像高尔夫球的表面一样。

冰鳍机器与于其它潜水器的显著区别就是它相当细长，而且拥有科学家们需要的所有传感器。它的仪器既能够用于导航也能够用于科学探索，这是其他潜水器所不具备的。南冰洋的海水最深达到了5000米，机器人能够潜到1500米深度，并且进行3公里范围的探索。

与它同级别的潜水器只能够潜入几百米深的海水中，该机器人拍摄的视频展现了冰架下500米深海底的一些罕见的镜头。让科研人员相当兴奋：“视频中显示了之前我们从未看到过的复杂海底生态系统，以及从未获得过的冰层与海洋交界面的详细信息，这一位置的生态量惊人，其中就包含海星、海绵和海葵等生物，帮助我们了解生物体如何在寒冷的无光环境下存活。”

目前看来，新型的机器人发现的复杂特征对于科学家更精细地模拟冰川是必不可少的，也许通过努力人类会逐渐了解到海洋变暖的真正原因，让南极冰川逐渐稳定。