海底峡谷是海底最引人注目、最复杂的地质结构之一，但人们对其中许多峡谷仍知之甚少，尤其是在北极和南极等偏远极地地区的峡谷。《海洋地质学》杂志最近发表的一篇论文，提供了迄今为止最全面的南极海底峡谷清单，记录了332个峡谷系统，其中一些峡谷系统的深度超过4000米。
海底峡谷形成于海底，在海洋动力学中起着决定性的作用。图片来源：巴塞罗那大学马克·塞尔达
这份新目录识别出的峡谷数量是之前调查数量的五倍，由巴塞罗那大学地球科学学院海洋地球科学综合研究小组的David Amblàs和科克大学海洋地球科学研究小组的Riccardo Arosio共同编制。他们的研究结果表明，南极海底峡谷在影响洋流、冰架变薄以及更广泛的气候动态方面可能发挥比以往认识的更大的作用，尤其是在阿蒙森海和东南极洲等敏感区域。
海底峡谷是切入海底的深谷，是影响海洋过程的关键特征。它们将沉积物和营养物质从沿海地区输送到深海，连接浅水区和深水区，并支持生物多样性丰富的生态系统。尽管全球已发现约10000个海底峡谷，但只有27%的海底被高分辨率测绘，这意味着还有更多峡谷未被发现。尽管这些峡谷对海洋生态学、海洋环流和地质学至关重要，但它们——尤其是极地地区的峡谷——仍未得到深入研究。
一份新的高分辨率目录识别出南极大陆海底332个海底峡谷网络。图片来源：巴塞罗那大学
“与北极的峡谷一样，南极海底峡谷也与世界其他地区的峡谷相似，”大卫·安布拉斯（David Amblàs）解释道。“但由于极地冰川的长期作用以及冰川向大陆架搬运的大量沉积物，它们往往更大更深。” 此外，南极峡谷主要由浊流形成，浊流将悬浮沉积物高速冲刷下坡，侵蚀着流经的山谷。在南极洲，陡峭的海底地形坡度加上丰富的冰川沉积物，放大了这些浊流的影响，并促成了大型峡谷的形成。
Amblàs 和 Arosio 的最新研究借鉴了《南大洋国际水深图》（IBCSO v2）的第二版，该图提供了该地区最全面、最详细的海底地图。该研究整合了最新获得的高分辨率水深数据，并采用了作者开发的半自动化技术来探测和分析海底峡谷。在分析中，他们考察了15个形态参数，揭示了东南极洲和西南极洲峡谷系统之间的显著差异。
该目录识别出的峡谷数量是此前研究的五倍，由巴塞罗那大学地球科学学院海洋地球科学综合研究小组的戴维·安布拉斯 (David Amblàs) 和科克大学海洋地球科学研究小组的里卡多·阿罗西奥 (Riccardo Arosio) 共同编制。图片来源：巴塞罗那大学
“我们分析的一些海底峡谷深度超过4000米，”大卫·安布拉斯解释说。“其中最壮观的峡谷位于东南极洲，其特点是复杂的分支峡谷系统。这些峡谷系统通常始于大陆架边缘附近的多个峡谷源头，汇聚成一条主水道，穿过大陆坡陡峭的坡度，最终延伸至深海。”
里卡多·阿罗西奥指出：“观察南极洲两大主要区域峡谷之间的差异尤其有趣，因为这种差异此前从未被描述过。东南极洲峡谷更为复杂，分支众多，通常形成广泛的峡谷水道系统，并具有典型的U形横截面。这表明，这些峡谷在持续的冰川活动下经历了长期发展，并受到侵蚀和沉积作用的更大影响。相比之下，西南极洲峡谷更短更陡，其特征是V形横截面。”
大卫·安布拉斯（David Amblàs）认为，这种形态差异支持了东南极洲冰盖起源更早且经历了更长期发展的观点。“沉积记录研究曾提出过这种观点，”安布拉斯说，“但大规模海底地貌学研究尚未对此进行描述。”
南极峡谷也促进了深海和大陆架之间的水交换。图片来源：海洋地质学
关于这项研究，Riccardo Arosio 还解释说：“得益于新水深数据库的高分辨率——每像素 500 米，而之前的地图分辨率为每像素 1-2 公里——我们可以更可靠地应用半自动化技术来识别、剖析和分析海底峡谷。这项研究的优势在于它结合了之前研究中已经使用过的各种技术，现在这些技术被整合成一个强大而系统的方案。我们还开发了一个 GIS 软件脚本，只需几次点击，即可计算出各种特定于峡谷的形态参数。”
除了其引人注目的外观外，南极海底峡谷在深海和大陆架之间的水流输送中发挥着至关重要的作用。它们帮助将冰架附近形成的寒冷、稠密的水输送到深海，在那里形成南极底层水——这是调节海洋环流和影响全球气候模式的关键组成部分。
这些峡谷还将较暖的水流（例如环极深层水）从公海引向南极海岸线。这种运动是导致浮冰架融化变薄的主要因素，而浮冰架对于稳定内陆冰川至关重要。正如安布拉斯和阿罗西奥所指出的，当这些冰架变弱或断裂时，冰川冰流入海洋的速度就会加快，直接导致海平面上升。
Amblàs 和 Arosio 的研究还强调，当前的海洋环流模型（例如政府间气候变化专门委员会使用的模型）无法准确再现局部尺度上水团与峡谷等复杂地形之间发生的物理过程。这些过程包括洋流沟壑、垂直混合和深水通风，对于南极底层水等寒冷、密集水团的形成和转化至关重要。忽略这些局部机制会限制模型预测海洋和气候动态变化的能力。
正如两位研究人员总结的那样，“这就是为什么我们必须继续在未测绘区域收集高分辨率水深数据，这些区域必将揭示新的峡谷，收集现场和通过远程传感器的观测数据，并不断改进我们的气候模型，以更好地代表这些过程并提高对气候变化影响预测的可靠性。”
编译自/scitechdaily