南极大陆98%的面积被平均厚度超过2000米的坚冰覆盖,其冰下世界“神秘莫测”。借助冰雷达等先进科学探测手段,科学家一点点揭开南极冰盖底部的神秘面纱。

　　在刚刚结束的中国第32次南极考察中,我国科学家发现南极冰盖下存在世界上最大的峡谷以及“冰下湿地”的直接观测证据。

　　冰雷达探测冰盖

　　科学家根据研究推测,地球历史上曾经多次出现过超大陆。这些超大陆“分久必合、合久必分”,其中最年轻的是盘古超大陆。在三叠纪(距今2.5亿-2亿年前),盘古超大陆发生裂解,分为北半球的劳亚大陆和南半球的冈瓦纳大陆。约1.8亿年前,南半球的冈瓦纳大陆又发生裂解,南极洲由冈瓦纳大陆分离解体而成,并在约0.39亿年前,南极洲与澳大利亚、南极半岛与南美洲最终分离,逐渐向南漂移,直至抵达地球的最南端。

　　刚抵达地球最南端的时候,南极洲绝大部分区域也是无冰的,年均气温高于结冰点。直到第三纪中期(约3400万年前),南极洲气温急速下降,首先在东南极冰穹A等地区发源并出现大面积的冰川扩张；大约在距今1200万年前,东南极大陆冰盖的规模趋于稳定。冰盖的出现使南极气候进一步变冷,冰川作用范围不断扩大；大约在距今400万～500万年前,西南极冰盖形成。此后,冰盖覆盖了绝大部分南极大陆,使得南极洲原本的地貌地形和冰川作用形成的冰川谷底被深深掩埋。

　　上世纪60年代,英国剑桥大学斯科特极地研究中心引入冰雷达系统用于测量南极冰盖的厚度。冰雷达探测是基于电磁波理论,通过雷达回波技术研究冰雪介质特征,获取冰体厚度、冰下地形地貌和内部结构信息。1979年,英国剑桥斯科特极地研究中心、美国自然基金委和丹麦技术大学,曾在南极冰盖上共同实施了第一次大范围的冰雷达探测,探测断面总长约40万公里,在86%的断面上探测到冰下基岩界面,从而绘制了第一幅南极的冰下地形图,并测到南极冰盖的平均厚度为2500米,最大冰厚为4700米。

　　经过发展,如今,冰雷达技术已成为南极冰盖探测研究不可或缺的方法,雷达测线覆盖了南极冰盖的绝大部分区域,研究范围从探测冰厚扩展到冰下地形、冰盖底部环境、物质平衡等多方面。冰雷达与冰川物理学相结合,还形成了一门新学科——雷达冰川学。

　　中国科学家的发现

　　相对于西南极冰盖,冰雷达在广袤的东南极冰盖的探测研究相对较少,尤其是我国昆仑站所在的冰穹A地区。自中国第21次南极考察以来,我国科考队员利用冰雷达系统,对中山站-冰穹A的断面以及冰穹A的中心区域进行了持续不断的探测。结果发现,冰穹A下方的甘布尔采夫山脉,好似阿尔泰山脉般峻峭壮观。国际期刊《自然》杂志曾刊登了中国极地研究中心副主任孙波领衔的相关研究成果。

　　孙波等中国科考队员发现,在地球漫长的气候演化过程中,甘布尔采夫山脉被厚厚的冰层保护起来,没有受到风化侵蚀作用的影响,完好地保存着不同地质年代、由于不同外力作用而形成的“高山纵谷交错”的神奇地貌。早期流水作用形成的溪谷河床群,构成了冰下的甘布尔采夫山脉树枝状地貌；之后经冰川作用,叠加出冰斗状、刃脊状等地貌特征；继而在强烈冰川侵蚀作用下,产生了巨大的U型主干谷地貌,谷底与谷肩的垂直落差高432米。

　　在中国第32次南极考察期间,依托我国首架极地固定翼飞机“雪鹰601”上搭载的冰雷达、重力仪、磁力计、激光高度计及高精度差分GPS等科学调查设备,孙波带领我国科考队员对泰山站附近的伊丽莎白公主地进行了大规模探测。

　　据孙波介绍,此次探测,冰雷达数据清晰显示:东南极冰盖伊丽莎白公主地的冰盖底部存在一条完整的大峡谷,该峡谷长度超过1000公里,峡谷顶部最大宽度26.5公里,峡谷深度超过1000米。其规模超过美国科罗拉多大峡谷,堪称地球表面迄今发现的最大峡谷。

　　此次探测还发现:在伊丽莎白公主地的冰盖底部,发育有众多冰下湖泊和冰下水道,且相互贯通连接形成庞大的冰下水系。其中一个冰下湖泊的宽度达26.5公里,另一个冰下湖泊形成于冰层厚度超过4000米的地方。

　　这表明:南极冰盖底部最大的融水流域和“冰下湿地”有可能在此孕育而成。该区域的深部冰层呈现大范围“暖冰”现象,表明冰下岩石圈地热通量显著异常。深部冰层温度明显高于其他区域,更易于融化形成冰下湖泊和水系。

　　重要科学意义

　　巨厚的南极冰盖下方隐藏着众多未知之谜。1903年,当斯科特船长首次踏入南极麦克默多干谷时,曾失望地记录道:“我们见不到任何活体,甚至没有一棵苔藓和地衣……这无疑是一个死谷。”然而,随着时间推移,人们发现:南极内陆有特殊生命形态存在。

　　科学家通过对南极东方站、冰穹C站内陆深冰芯以及威廉斯冰流钻探的分析显示,南极冰冻圈支撑着一些地球上最为不寻常和极端的微生物生态系统,包括真菌、细菌、孢子、花粉粒和硅藻等,甚至包括我们以前未见过的生命形态。

　　这些微生物向我们提出了前所未有的重大科学问题。比如:生命是否真的起源于原始“热”海洋?古老微生物如何适应冰冻环境?是否存在目前我们所未知的生命形态?它们又能为探寻地外生命提供怎样的科学依据和启迪?

　　上世纪60年代以来,科学家利用冰雷达已探明南极冰下湖数目达280多个。其中,位于俄罗斯东方站冰盖下约3700米深处的东方湖,是面积最大、最深的一个。科学家推测,湖中可能存在100万年、甚至1000万年前的古老原生态生命物质。这些冰下湖中的生命形态,可以为我们探索如“木卫二号”冰海下生命提供一个理想的试验场所。

　　科学家还推测,南极冰下湖在长达3400万年的漫长时间里,完全与外部世界隔绝,但也许是由于有来自于陆地深层的热量,河流和湖泊一直处于运动中。这种运动,是否是南大洋海洋底层水的一个重要源泉?

　　“这次由中国科学家领衔的航空科学调查行动,取得的阶段性现场考察成果令人非常振奋,这些最新发现对深刻理解冰盖稳定性及其对全球海平面的影响、揭示冰下地质构造和热状态及其演化、寻找南大洋超冷水和底层水生成源区域等都具有非常重要的意义。”孙波说。

（责任编辑：王蔚）