近日,我国在南极内陆“冰盖之巅”冰穹A成功建立了第三个南极科学考察站——昆仑站。
由于独特的地理位置,冰穹A地区蕴藏了当今南极冰盖研究几乎所有谜题。我国昆仑站的成功建立,不仅提高了我国极地综合权益,而且为我国科学家今后到冰穹A地区探索科学之谜打下了坚实基础。
谜题一
气候变暖是规律还是由于人为
目前,世界不少国家竞相在南极寻找超过150万年的古老冰芯,以重建地球气候档案,研究我们目前正在经历的地球气候变暖现象,到底是地球气候自身发展的规律,还是由于人类活动所引起的?
科学家通过从冰盖上钻取冰芯样品,就可以分辨冰雪层的层理结构,冬夏两季交互沉积,就像树干的年轮一样,每一层代表一年。再用氧同位素分析的方法,分析出冰层年代和每一层的温度。由于积雪中还保存当时的空气,科学家通过对冰芯中滞留的气泡进行分析,可以得到不同历史时期的大气含量。
正是由于冰芯直接记录着地球远古时代的大气组成,蕴藏着珍贵的古气候和古环境信息,因此找到年代久远的冰芯,对重建地球的历史演化及预测全球气候和环境的演变意义重大。
位于南极冰盖最高点的冰穹A地区,由于冰体流变作用小,是国际公认的南极冰盖最理想的深冰芯钻取地点。科学家通过研究未经变形的冰体中高分辨率的气候环境记录,可望恢复地球最古老的中新世的气候档案。而国际上已完成或正实施的一些深钻计划,如东方站、冰穹C、冰穹F,均位于冰穹A的下游,因此,冰穹A的冰芯还可为南极其他深冰芯记录提供参考基准。
南极内陆昆仑站建成后,我国已计划在冰穹A开展深冰芯钻探,开展100万年时间尺度内的全球变化研究。针对古气候研究前沿课题,如生物地球化学循环(尤其C循环)在全球变化中的作用、气候突变、南北极遥相关等进行攻关研究。
在我国极地科学研究中长期发展规划中,计划从南极冰盖边缘至冰盖顶点进行精细化的排钻冰芯研究,结合冰盖动力模型、大气环流模式和海洋环流模式,研究不同时间尺度上冰盖与海平面变化关系、高纬度地区气候变化与中低纬度地区气候变化之间的内在联系及其可预测性。
谜题二
超级大陆怎样形成、分裂和漂移
1912年德国气象学家魏格纳提出“大陆漂移”学说以来,地质学和生物学证据的不断发现使人们相信,在遥远的地球历史上存在过一个超级古大陆——冈瓦纳大陆,南极大陆由这个超级大陆分离解体、逐渐向南漂移形成。
这个超级大陆是怎么形成的?又是怎样分裂和漂移的?这些问题,吸引全球地质科学家不断探索。
我们今天所看到的南极,95%以上的陆地被冰雪覆盖,就像头顶上戴了一个大帽子,这就是人们经常说的“冰盖”。厚厚的冰盖使南极大陆成为地球上海拔最高的大陆,平均高度为海拔2350米,比包括青藏高原在内的亚洲大陆平均海拔高2.5倍。如果去掉大冰盖,南极大陆的平均高度仅为410米,比整个地球上的陆地平均海拔低得多。
由于常年被冰雪覆盖,今天的南极大陆只有两种地形,一种是可见的,由暴露地表的岩石和冰组成的地形;另一种是不可见的,只有通过地震技术或遥感技术测知的冰下基岩地形。
位于东南极冰穹A冰下的甘伯采夫山脉,就是东南极典型的冰下基岩地形,科学家通过遥感探测技术得知,甘伯采夫冰下山脉海拔近4000米,是东南极的“青藏高原”,冰下山峰的最高点离冰面只有1000米甚至更近,是近1000万平方公里内陆冰盖中唯一有可能直接获取地质样品的地点。
由于冰穹A下的甘伯采夫山脉是形成于冈瓦纳古大陆运动期间的古老山脉,如果科学家通过冰面向下钻探,直接触摸到甘伯采夫山脉,钻取地质样品,就无异于找到了研究冈瓦纳古大陆地质运动关键钥匙,以及研究南极、澳洲和南美洲形成的钥匙。
在我国极地科学中长期规划中,计划对南极的拉斯曼丘陵—格罗夫山—甘伯采夫地质断面构造与成岩历史进行深入研究,以探索冈瓦拉古大陆演化的未知之谜。
谜题三
生命是否起源于原始“热”海洋
1903年,当斯科特船长踏入南极麦克默多干谷时,曾记录:“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,随着时间的推移,科技向我们证实: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,甚至包括我们以前没见过的生命形态。
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?它们能为探寻地外生命提供怎样的科学依据和启迪?
巨大的南极冰盖下方不是结结实实的完整一块。自20世纪60年代以来,科学家已在南极冰盖下发现了140多个冰下湖。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3000万至3500万年的漫长岁月里,与外部世界隔绝,但也许是由于有来自陆地深层的热量,河流和湖泊一直处于运动中。这种运动,是否是现在海洋环流的“总开关”?这个谜一般的科学问题,引起世界各国科学家的极大兴趣。
我国南极昆仑站的建立,为科学家开展南极冰下湖和其中极端环境下的微生物学研究提供了难得契机,我国将系统探查南极的生物多样性,建立极地生物种质和基因资源库,发展以南极磷虾为主的可捕资源、以极地微生物为主的物种和基因资源、以功能蛋白等生物制品、活性药物先导物和基因工程药物为主的产物资源,探索这些资源的可持续利用技术。 (据新华社)