文丨神奇的瑪利亞
編輯丨神奇的瑪利亞
前言
假設南極洲西部和東南極洲邊緣大片周圍的低洼冰下地形使南極冰蓋的上覆部分在變暖，世界容易受到快速撤退甚至災難性崩潰的影響。南極西部冰蓋下方地形盆地內存在可變形的沉積物被認為通過促進流動來影響冰蓋動態。
使用機載地球物理學對這些盆地的探索增加了對其範圍、冰下地形、地質和構造結構的了解。冰下盆地的特徵有可能改善未來的冰蓋預測，也可以為過去溫暖氣候中的EAIS動力學模型提供信息，這可能代表未來更溫暖的世界。
區域地質環境
PPB被高地包圍，包括極地間隙冰下高地，恢復冰下高地，南部橫貫南極山脈，泰爾山脈和彭薩科拉山脈。南部的TAM，Thiel山脈和Pensacola山脈作為nunataks突出在EAIS上方，基岩也暴露在PPB東北部的WhichawayNunataks，ShackletonRange和TheronMountains中。南部TAM的地質包括新元古代-寒武紀變質沉積基底複合體。
這些岩石在坎布羅-奧陶紀羅斯造山運動期間變形，當時花崗岩港侵入體的花崗岩被放置。基底岩石被截斷形成KukriPeneplain，這是一個廣泛的侵蝕表面，Beacon超群的泥盆紀-三疊紀沖積，河流，冰川和淺海沉積物沉積物沉積在上面。燈塔地層被與費拉爾大火成岩省相關的侏羅紀輝綠岩侵入和覆蓋。
彭薩科拉山脈和泰爾山脈由新元古代和寒武紀葉綠岩變質沉積層序組成，包括夾層灰瓦克板岩、石灰岩、砂岩和頁岩，以及坎布羅-奧陶紀花崗岩、流紋岩和石英二元岩斑岩。在彭薩科拉山脈，奧陶紀-志留紀陸地砂岩和礫岩也暴露在外。
KukriPeneplain以不一致性或角度不一致性表示，上面是泥盆紀-二疊紀石灰岩、砂岩、粉砂岩、泥岩和頁岩，它們被認為相當於南部TAM的燈塔超群，這些岩石被侏羅紀費拉爾輝綠岩門檻侵入，這些門檻暴露在劉易斯努納塔克和佩科拉懸崖沿線。
沉積盆地厚度
正向重力模型表明，PPB擁有相當厚的沉積岩。沉積岩平均厚度1.6公里，最大厚度3.7公里。由於假設的沉積物密度和有效彈性厚度的個別不確定性，前瞻建模的沉積物厚度估計值與誤差幅度相關。模擬沉積物厚度的相關不確定性為±700米。這是一個系統的不確定性，適用於沉積物厚度的大小而不是模式。
異層定義了細長的碗狀形狀，最大厚度位於中部和南部的PPB。這些最大值發生在RES和重力數據覆蓋相對稀疏的區域。模型表明，僅冰下地形就足以解釋在北部PPB上觀測到的重力。
重力數據顯示沉積物厚度為<1公里，由於建模過程中固有的不確定性，接近可分辨極限。觀察到南部PPB的位置比北部PPB高約500米，但與同樣低的自由空氣重力異常有關，這意味著南部PPB存在較低密度的岩石，南部PPB上等靜壓異常的減少也是如此。
FAA功率譜的線性回歸揭示了三個不同的密度邊界。邊界的深度隨空間變化，重力延續基準面下方的範圍為2.8–4.4km、5.6–8.7km和12–15km。通過從連續高度減去深度，將三個密度界面的深度轉換為相對於海平面的高程。
第一個界面可解釋為冰蓋的基礎，其高度與雷達衍生的基岩表面相當。第二個界面位於海平面以下2.2-5.3公里的深度，可解釋為沉積盆地的底部，因為它大致對應於通過正向重力建模和磁深度到源估計確定的特徵。第三個界面可能代表中地殼邊界，窗口大小可能不足以捕獲與更深的地殼界面或Moho相關的長波長信號。
光譜得出的沉積物厚度介於1個窗口中通過正向重力建模確定的平均沉積物厚度和最大沉積物厚度之間。兩種重量法的結果都顯示出一致的模式，即厚度在中部和南部PPB最大，而在盆地的北端減小。
在一個理想化的沉積盆地中，其所有基底岩都具有足夠的磁性，可以作為觀察到的異常源進行檢測，磁源代表沉積演替的基礎。基底可能包含弱磁性或非磁性變質沉積岩，這些變質沉積岩沒有很強的磁性特徵，盆地填充物內的侵入性火成岩可能提供淺深度到源的解決方案。
磁源聚集在PPB以東高地的冰蓋床上，表明基岩在基岩表面「暴露」。在PPB上向西移動，源深度趨於增加，並且在沉積盆地模擬底部1公里內觀察到顯著的磁源聚類。儘管解決方案中存在明顯的散射，但深度到源估計的整體模式為我們建模的盆地幾何形狀提供了廣泛的獨立支持。
磁異常特徵
在TAM南部暴露的基底複合體上，磁場表現出一系列高振幅，短波長的磁高點和低點。在泰爾山脈和彭薩科拉山脈，基底岩石與磁異常高點有關，振幅高達150nT。在劉易斯努納塔克和佩科拉懸崖暴露的費拉爾輝綠岩與10-50nT的高頻磁異常高點有關，波長約為10公里。
在冰雪覆蓋的東南極洲上向內陸移動，磁異常的振幅通常低於在岩石暴露上方觀察到的振幅。在南部PPB內，磁場包括一系列振幅為10-30nT的高頻異常對聯。這些高頻異常通常與在冰下地形中觀察到的台地相吻合。二維面向對象的磁建模表明，這些異常可以通過靠近冰蓋床的薄磁門檻的存在來解釋。
從Werner反卷積得出的深度到源解表明，與這些磁異常相關的致病體位於淺層。在北部PPB，高頻磁異常與地形台地的關聯並未被廣泛觀察到。相反在北部PPB內觀察到的磁異常表現出長波長和高達300nT的峰谷振幅。
我們繪製了整個研究區域的高頻磁異常和地形台地的關聯，並分配了一個從1到3的「置信因子」，反映了每個映射的特徵反映磁門檻的可能性。盆地的東部邊緣由PPB和極地間隙冰下高地之間的磁異常特徵的突然變化劃定。極隙冰下高地表現出高振幅、高頻磁異常和較大的水平磁梯度。
地形地質對冰蓋動力學的影響
如果PPB內的沉積演替主要與燈塔超群同生，則該盆地是一個長期存在的構造和地形特徵。意味著該盆地可能自EAIS成立以來就影響了這一部門的行為。沿著PPB東部邊緣的冰下槽與現代冰面速度場沒有明顯的相關性，這意味著它們目前沒有在現代EAIS下被積極切割。
這些槽的位置與通過重複通過衛星測高繪製的活躍冰下湖泊之間也沒有明確的關係，每個繪製的湖泊都位於PPB北部。這些槽是侵蝕特徵，那麼它們很可能被選擇性地侵蝕在一個較早的、更受限制的冰蓋之下，該冰蓋沿著盆地東部邊緣預先存在的地質結構引導，正如對南極洲一系列構造控制的冰下槽所建議的那樣。
在冰蓋退縮和海洋入侵期間，海洋沉積物有可能沉積在海平面以下的地區，這些地區延伸到現代接地線內陸800公里。雖然地球物理數據排除了PPB內此類沉積物的任何顯著厚度，但它們並不排除存在相對較薄，無法解析的海洋沉積物。在西南極洲，可變形的冰下沉積物的分布被認為會影響冰流的起始區和側緣。
在PPB中，幾乎沒有證據表明在反彈以卸冰後，流向位於海平面以下的床上方的流動或開始，這表明這些地區不包含能夠調節冰流的可變形海洋沉積物。EAIS內層的熱力學建模和分析表明，在末次冰盛期的全冰條件下，冰流可能發生在南極內陸，這可能導致可變形沉積物的侵蝕。
除了可變形的冰下沉積物的分布外，還假設了許多其他機制來控制冰流的開始，包括地形聚焦，地形步驟，地形粗糙度，地熱熱通量、冰下地質學和冰下融水分布和路徑。南極東南大約150公里網格的冰川層縮水錶明，由於異常高的地熱通量，存在一個增強的基礎融化區域，這可能對區域冰下水文和冰蓋動力學產生影響。
冰下地貌以及重力和磁異常表明，燈塔和費拉爾岩石保存在冰移動緩慢的南部PPB中，但在冰快速流動的北部PPB中基本不存在。流的開始大致與冰下地質從南部PPB到北部PPB的過渡相吻合。
結論
基岩地形彙編顯示，PPB平均位於海平面以下490米處，盆地東部邊緣有一個超深的槽系統。這些槽沿著主要的地質邊界延伸至接地線內陸800公里。上覆的冰速度並沒有強烈升高，表明這些槽可能在早期的EAIS下方被侵蝕，接地線位於其當前位置的內陸。
正向重力建模、光譜分析和磁深度到源估計表明，PPB被2-3公里厚的沉積演替所覆蓋。PPB的地球物理特徵與盆地南部古生代燈塔超群和間歇性保存的侏羅紀費拉爾輝綠岩的存在一致。PPB的北部沒有含有相當厚的沉積覆蓋物，儘管空中重力數據不排除在下層基岩頂部存在薄薄的沉積物。
參考文獻
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