随着全球气温上升，南极冰盖边缘起缓冲作用的冰架正以创纪录的速度融化崩解，留下陡峭的实体冰崖。这些暴露在外的冰崖的稳定性，可能会影响南极冰盖进一步解体的方式，并影响全球海平面上升的进程。
科学家此前一直假设，冰崖的稳定性主要取决于其高度：高度超过100米（大约相当于自由女神像的高度）的冰崖会因自身重量而崩塌。而一旦某处冰崖崩塌，就会暴露出更高的内陆冰崖，后者随之也会接连崩塌。至少，这是此前普遍接受的理论。
但麻省理工学院（MIT）和伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的研究人员发现，冰崖的稳定性并不仅仅取决于高度。而且，即便某处冰崖发生崩塌，也并不一定会引发失控式的连锁崩塌。
在今天发表于《科学》（Science）杂志的一项研究中，研究团队对南极超过15000处冰崖进行了分析，这些冰崖在四年时间里受到卫星持续监测。他们观察了这些冰崖以及更大范围冰盖随时间的演变过程，发现那些确实发生崩塌的冰崖，其崩塌速度远超科学家此前的预测。但这些崩塌的冰崖也很快就会重新趋于稳定，并不会继续侵蚀更大范围的冰盖。
“我们发现，当冰崖发生后退时，其速度比此前模型预测的要快得多，这意味着冰量损失更多、对海平面上升的贡献也更大，”研究论文作者、麻省理工学院与伍兹霍尔海洋研究所联合项目研究生卡罗琳·尼德尔（Caroline Needell）表示，“但由于我们发现这种后退持续时间很短，而且所有观测到的冰川最终都会趋于稳定，这表明情况可能不会那么糟糕。我们没有观察到这种失控式的连锁效应。”
该研究的共同作者还包括伍兹霍尔海洋研究所助理科学家凯瑟琳·沃克（Catherine Walker）以及密歇根大学副教授杰里米·巴西斯（Jeremy Bassis）。
冰崖高度
在冰川科学领域，冰崖崩塌过程通常用“海洋冰崖不稳定性”（marine ice cliff instability，简称MICI）理论来描述，该理论假设，一旦冰崖高度超过某个临界值，就会发生崩塌。而如果崩塌后暴露出更高的冰崖，这些更高的冰崖也会随之崩塌，由此引发一连串不稳定效应，使冰盖随时间不断萎缩、侵蚀。
在以往的研究中，科学家主要通过对冰的物理特性建模，再将这些关系推算放大到冰崖的尺度，并结合对南极实际冰崖的少量观测数据来刻画MICI过程。通过这些努力，科学家此前确定，当冰崖高度超过约100米时就会变得不稳定并发生崩塌。
“此前用于描述冰崖不稳定性的预测性冰盖模型，仅仅考虑了冰崖高度这一个因素，”尼德尔指出，“这是唯一被纳入考量的变量。一旦冰崖高度达到临界阈值（通常是100米），就应当会引发冰盖后退的失控效应。”
但她和同事们产生了疑问：实际的冰崖究竟能达到多高？而当它们崩塌时，真的会引发失控式的后退吗？
为了解答这些问题，他们借助了美国国家航空航天局（NASA）“冰、云与陆地高程卫星-2”（ICESat-2）采集的数据。这颗卫星经过地球极地地区时，会利用激光测高仪测量冰盖、冰川、海冰的高度，以及南极地区及周边海域的海平面高度。
研究团队收集了该卫星2019年至2023年间的数据，其中包含对超过15000处冰崖每三个月一次的测量记录。基于这一数据集，他们观察到，平均而言，冰崖的高度大约为30米，远低于此前提出的临界高度。但他们确实观测到少数罕见情况下，冰崖高度超过了100米。
他们还寻找了可能影响冰崖稳定性的其他特征。有趣的是，他们发现，那些随时间推移位置大体保持稳定的冰崖，其前方的“冰混物”（mélange，指聚集在冰崖前端的碎冰山与海冰混合而成的浆状混合物）往往更厚。
“我们测量了冰混物的厚度，发现较高的冰崖往往对应更厚的冰混物，这可能是一种内在的稳定机制，”尼德尔解释道。
卫星数据还显示，周围海水的深度也会影响冰崖的稳定性：水越深，浮力对冰崖的支撑和反推作用就越强，从而使其不易崩塌。
冰川“减速带”
“完成全球范围的分析之后，我们想，不如放大视角，仔细看看那些最高的冰崖是如何演变的，”尼德尔说。
研究团队将目光聚焦在南极冰盖周边四个区域，这些区域内的卫星观测到了最高的冰崖，每一处高度约为100米，其中最高的一处达到127米。他们汇总了这四处冰崖每三个月一次、持续四年的演变测量数据。
通过这些测量数据，他们确实观察到，最高的那些冰崖发生了崩塌，相应区域的冰盖后退速度，确实比MICI模型预测的要快得多，这一结果令人意外。
“但这种后退持续时间很短，”尼德尔指出。
之后，冰层又重新向海洋方向扩展延伸。
“这是一种‘快速后退、间歇性趋稳’交替出现的模式，”尼德尔说，“这一现象让我们感到困惑。于是我们想：有必要全面考察所有影响冰崖高度的因素。”
他们首先考虑的是冰层之下陆地地形的因素。如果地形相对平坦，那么覆盖其上的冰盖坡度就能真实反映冰层本身的高度。但如果陆地存在隆起或凸起，那么正好位于隆起上方的冰层，实际高度就会比表面看起来的要矮。这种地形此时就相当于一个真实存在的“减速带”，使上方的冰层变薄，从而降低其发生崩塌的可能性。
当研究人员核查南极的地形测量数据时，他们确实发现，冰崖往往会在陆地隆起的区域附近趋于稳定。
他们还发现，冰崖越高，其“变薄”的速度就越快——随着崩塌的发生，曾经较高的冰崖会逐渐沉降为较矮、更为稳定的冰崖，从而阻止进一步崩塌的发生。
“现在我们知道该关注哪些因素了，”尼德尔说，“我们确实需要了解冰层之下的地形情况，也需要了解冰层的变薄速率，才能准确把握冰崖不稳定性的规律，因为在预测海平面上升的背景下，这一数值至关重要。”
这项研究得到了美国国家航空航天局（NASA）、美国国家科学基金会（NSF）以及“DOMINOS项目”（国际思韦茨冰川合作项目的组成部分）的部分支持。
Q&A
Q1：南极冰崖的稳定性只取决于高度吗？
A：不是。研究发现，冰崖稳定性除了高度，还受到冰混物厚度、周围海水深度以及冰层下方地形等因素的共同影响，并非此前假设的那样单一取决于高度。
Q2：高度超过100米的冰崖一定会崩塌吗？
A：此前理论认为超过100米的冰崖会因自身重量崩塌，但实际观测显示，平均冰崖高度仅约30米，极少数超过100米的冰崖崩塌速度虽然很快，但崩塌后很快会趋于稳定，并未引发持续性的失控崩塌。
Q3：冰崖崩塌会导致冰盖持续失控后退吗？
A：不会。研究团队通过卫星数据发现，冰崖崩塌后退的过程是“快速后退、间歇性趋稳”交替出现的模式，崩塌之后冰层会重新向海洋方向扩展，并未观测到持续失控的连锁崩塌效应。
