随着全球变暖，湖冰质量下降——滑冰运动员、冰球运动员、冰车司机都身处薄冰之中

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对于在湖上打一场冰球比赛来说，冰看起来是安全的，但约克大学的一项新研究发现，外表是会骗人的。变暖的冬天不仅影响冰的厚度和时间（湖水结冰和融化的时间），还影响冰的质量，使其变得不稳定和不安全。
当湖泊和河流结冰时，主要有两层冰，即所谓的白冰和黑冰。白冰通常是不透明的，就像雪一样，里面充满了更多的气泡和较小的冰晶，这降低了它的强度和稳定性，而黑冰则是透明而致密的，几乎没有气泡，冰晶较大，因此强度要高得多。
约克大学教授萨普纳·夏尔马 (Sapna Sharma) 说：“冰的质量很重要，因为它直接影响到人类安全的承载能力，也影响到冰冻湖泊下生命所需的光的传输量。”
论文第一作者、约克大学博士后研究员乔舒亚·卡尔佩珀 (Joshua Culpepper) 表示，问题在于，变幻莫测且气温升高的冬季天气正在形成较薄的黑冰层，有时还会形成较厚的白冰层，这是一种不稳定的冰层。这两种情况结合起来，可能会给滑冰者、曲棍球运动员、雪地摩托车手、冰钓者和冰上卡车司机带来危险的状况。
“我们知道，一般来说，湖冰形成较晚，融化较早，这意味着冰盖的总体持续时间较短，但我们的研究关注的是冰层的变化。它是如何变化的？你可能会发现，有一段时间人们在冰上，他们认为这是安全的，但事实并非如此。考虑到质量的变化，冰层不够厚，”卡尔佩珀说。
这篇题为《全球变暖下的湖冰质量》的论文今天发表在《自然评论地球与环境》杂志上。
10 厘米不再是黄金法则
单凭厚度已不能准确预测冰层是否安全。如果白冰太多而黑冰太少，冰层可能不够坚固，无法承受一个人的重量。研究人员称这是一种危险的组合。
“对于人类来说，要在冰上滑冰或玩耍，大约需要10厘米或4英寸厚的黑冰……但我们所看到的和预测的是，气候变化将导致更多的白冰现象，”夏尔马说，他建议人们测量冰层，如果只有一层薄薄的黑冰，则将通常建议的厚度增加一倍，达到至少20厘米。
“黑冰是透明的，没有雪泥。你不应该在雪泥上行走，”夏尔玛说道，她补充说，最好是和某人或一群人一起去。
图片来源：约克大学
如履薄冰
对冰质量的忽视已经导致人员死亡。去年 12 月，加拿大有六人（包括安大略省的两名青少年）在一周内因穿入薄冰死亡。今年 2 月，安大略省又有两人死亡。
在芬兰，仅 1 月和 2 月就有 4 人因掉入薄冰溺亡，而该国每年平均有 18 人溺亡。例如，在瑞典，2014 年有 16 人因掉入冰中溺亡，2021 年至少有 9 人溺亡。
夏尔马在 2020 年领导的一项研究发现，北半球溺水现象普遍存在，但令人惊讶的是，尽管加拿大北部是最冷的地区，但该地区的人均溺水率却最高。
“这是因为北极发生了剧烈变化，其变暖速度是全球其他地区的四倍，因此，不仅南部地区经历了冰况的变化，远北地区也经历了冰况的变化。你会认为这些地区极寒冰封，”夏尔马说。
“对于运输卡车来说，他们需要 100 厘米或大约 42 英寸厚的黑冰。因此，这些运输基准不再可行，因为白冰越来越多，而白冰的强度大约不到黑冰的一半。我们预计，如果不对冰面安全进行有意义的改造，冬季冰面道路运输基础设施将损失 95% 至 99%。”
这可能意味着偏远社区在冬季面临无法与外界隔绝的风险，无法获得食物、物资、药品等。
反常的冬季天气
为了进行这项研究，卡尔佩珀和他的一些合著者不得不在二月中旬停止在锡姆科湖进行的冰层测量，以及在三月初停止在马斯科卡地区的佩恩特湖进行的冰层测量，因为冰层覆盖程度太薄，非常危险。
约克大学博士后研究员 Joshua Culpepper 测量一块湖冰。图片来源：Kirill Shchapov
异常温暖的天气导致降水量发生变化，造成许多不安全的冰况和不可预测的情况。气温升高、降雨甚至降雪都会改变湖冰的强度和厚度。
Sharma 和 Culpepper 建议查看上个月的天气预报。
“湖冰有记忆，”夏尔马说。“所有的天气波动都储存在冰中。如果温度在一段时间内超过 0 摄氏度，如果下雨，或者天气极其晴朗，所有这些都会影响冰对人类使用的安全性。当发生冻融事件或温度高于 0 摄氏度时，冰会变弱，结构也会变得不稳定。”
冰层之下
冰质下降也影响着下面的生物，影响着鱼类和其他水生生物（如无脊椎动物）以及需要光进行光合作用的浮游植物可利用的营养物质的数量，但随着白冰的增多，浮游植物会阻挡部分光线，从而损害生态系统的健康。
但正如卡尔佩珀所说，他们的研究是少数几个关注湖冰质量的研究之一，但湖冰正在发生巨大变化。“首先让我印象深刻的是，我们掌握的有关冰质量的数据令人惊讶地缺乏，”他说。“我们正在深入研究可用的数据，但试图在北半球可用的数据方面找到我们可以使用的数据非常具有挑战性。”
他说，需要定期测量整个北半球的冰质，包括黑白冰厚度。