南極地質大發現

馬志飛

提起南極洲，大家的腦海中總會想起白茫茫的冰雪、刺骨的寒風以及那些可愛笨拙的企鵝。那里是地球上最寒冷的地方，也是最荒涼孤寂的大陸，人稱“冰雪高原”或“白色沙漠”。南極洲有超過98%的地域都被冰川覆蓋著，冰層最厚處超過4000米。可是在這厚厚的冰層之下，到底隱藏著怎樣的秘密？我們究竟該如何探究南極的地質情況呢？

探險之旅：發現未知世界

1841年，英國著名探險家詹姆斯·克拉克·羅斯爵士率領船隊前往南極探險，起先他們所見的除了一望無際的大洋就是白色的冰雪，刺骨的寒風緊緊地包圍著船隊。忽然，他們遠遠望見一座島上竟然冒著閃亮的火光，原來，這是南極洲的火山噴發了。后來，羅斯爵士將這座島嶼命名為“羅斯島”，并用他的探險隊中一條船的名字將火山命名為“埃里伯斯火山”。而在希臘神話中，“埃里伯斯”是黑暗之神的名字。

南極洲地理位置偏遠，人跡罕至，盡管歷史上曾經有過多次火山噴發，但很少被人類記錄下來。在1893年，挪威人拉爾森在南極探險時曾記錄下火山活動的場景，但很多人并不相信，甚至還有人說他描述的那些火光和煙霧只不過是天邊的云彩而已。后來，隨著越來越多的探險發現，人們才逐漸接受南極洲存在火山的事實。

埃里伯斯火山是地球上最靠南的火山，它形成于130萬年前，海拔高度為3794米，是世界上僅有的幾座持續噴發的活火山之一。從它被發現至今，山頂的熔巖湖就一直不停地在“咕嘟咕嘟”冒泡，向外釋放著難聞的含硫氣體。盡管我們看不到紅色滾燙的熔巖流，但從火山口的熔巖湖里時不時地會迸射出長達兩三米的火山彈，以此告誡我們其內部蘊藏著巨大的能量。

1908年，英國著名的南極探險家沙克爾頓率領探險隊花了五天半的時間成功登頂埃里伯斯火山。一路上，他們經歷了暴風雪的襲擊，幾乎寸步難行，不得不躲在睡袋里，一天一夜沒有水喝，身體虛弱得幾乎要崩潰。其中一名探險隊員還因凍傷而失去了一根腳趾頭。

羅斯爵士、拉爾森以及沙克爾頓是無數探險家中的杰出代表。自從人們發現南極洲以來，很多國家的探險家紛紛來到這里，用腳步丈量這個鮮為人知的世界，很多人在這里獻出了寶貴的生命。正是由于他們的努力，使我們逐漸認知了南極。在這極寒之地竟然存在“冰火兩重天”的自然奇觀，這至少已經向我們說明了南極絕非簡單的冰雪之地，其下可能埋藏著各種巖石和高低起伏的山巒，甚至還有神秘的湖泊。

科學考察：刷新傳統認知

1903年，一位探險家在南極發現了一處很奇怪的地方，他曾記錄道：“山谷是褐色的，到處都是粗砂和礫石，沒有植物，看不到任何生命的跡象，甚至連苔蘚和地衣都沒有。”這位探險家將它稱作“死亡谷”，即現在的“泰勒干谷”。它長為33千米，寬為12千米，海拔在1000～2000米之間，山谷中幾乎沒有冰雪，谷底覆蓋著大量的卵石和礫石，都是花崗巖、大理石、輝綠巖、片麻巖等巖石風化后的產物。此外，在某些地方還有大片的基巖裸露。

然而，像泰勒干谷這樣的可供地質學家直接勘查的無冰區，在南極洲只是極小的一部分。而對于冰層之下的地質情況，只能依靠間接的勘查和推斷，因而有科學家甚至認為我們對南極地質的了解比對火星的了解還要少。盡管如此，在一代又一代科學家的不懈努力下，依然取得了很多重大發現，不斷刷新著我們對南極洲的傳統認知。

近幾十年來，科學家們使用先進的雷達技術探測南極洲冰層之下的基巖地形，其原理就是向地下發射電磁波脈沖，然后對從基巖反射回來的電磁波進行分析，從而判別基巖的埋藏深度。

2016年1月，中國第32次南極科學考察隊取得了多項重大科學發現，其中一項就是利用雷達探測技術發現東南極伊麗莎白公主地的冰蓋底部存在著一條巨大的峽谷。它的長度超過1000千米，頂部的最大寬度超過25千米，深度超過1500米，被稱為“迄今地球表面發現的最大峽谷”。

據2019年12月15日英國媒體報道，加利福尼亞大學歐文分校的研究人員在對南極洲東部登曼冰川覆蓋的長100千米、寬20千米的峽谷深處探測時，雷達只能接收到峽谷兩壁的反射波，卻接收不到谷底的反射波。后來，他們根據測量結果、衛星圖片和有關氣候數據綜合分析計算后，得出了一個結論：該峽谷的最深處位于海平面之下3500米，而且里面充滿的并不是海水，而是冰。這也就意味著該峽谷最深處是目前已知地球上的陸地最低點。而此前我們傳統的認知是，地球上的陸地最低點是位于西亞的死海，它的湖面低于海平面400多米。

冰下湖是南極洲的另一種奇特的地質現象。它們位于大型冰蓋的底部，水體呈液態，其成因可能與地熱作用及上層冰蓋的保溫作用有關。自從20世紀60年代英國科學家在南極洲發現冰下湖以來，現已確定了100多座。其中，最大的一座為沃斯托克湖，它的長度約為250千米，最寬處約50千米，湖水最深處超過500米。俄羅斯科學家在沃斯托克湖的上方冰蓋打下鉆孔，取出了長達3623米的冰芯。科學家根據冰芯中保存的氣泡推斷出歷史上的二氧化碳含量及溫度變化等信息，并由此推測沃斯托克湖可能已經具有長達2000萬年的古老歷史了。

2016年1月，我國科學家在東南極伊麗莎白公主地的冰蓋之下，又發現了很多相互連通的冰下湖和冰下水道。其中一個冰下湖位于冰層之下4000米深處。另一個冰下湖的規模巨大，長度超過25千米。此外，我國科學家還繪制了南極洲的地殼厚度圖及巖石圈厚度圖，這對研究南極大陸地殼和上地幔三維結構和地質構造都起到了十分重要的作用。

未來研究：關注全球變化

關于南極的研究，仍有許多工作要做。未來的研究方向將更傾向于對南極深部地質以及氣候環境變化的探究，具體工作主要包括但又不限于以下3個方面：

首先是深部鉆探。鉆探是地質勘探最直接的手段，通過提取并分析冰芯和冰蓋之下的巖芯，既能夠查明地下基巖類型、結構及構造等基本信息，又有助于研究古氣候和古微生物情況。據媒體報道，2013年1月21日，中國深冰芯第一鉆在昆侖站深冰芯房正式開鉆，截至目前鉆探深度已推進至800米，在未來將繼續朝著3200米的冰下鉆進。2019年2月10日，我國第35次南極科考隊在東南極伊麗莎白公主地南極中山站附近成功鉆取到了冰下基巖。

其次是遙感衛星探測。這種技術具有探測范圍廣、獲取資料快、信息量大等多種優勢，能夠在短時間內對廣域范圍內的地形地貌進行觀測。2017年，英國愛丁堡大學的科學家通過遙感衛星和雷達技術，在南極洲一下子發現了91座火山，它們絕大部分都隱藏在冰蓋以下約2000米處，高度由100～3850米不等。而在2017年之前的100多年時間里，探險家和科學家在南極洲發現的火山僅為47座。隨著遙感技術的不斷進步和南極科考的不斷深入，科學家預測南極大陸及其附近海域將會有更多的火山被發現，那里可能是地球上火山最密集的區域。

最后，關注氣候變化及其對全球帶來的嚴重影響。南極科考的目的不僅僅在于認識南極本身，更重要的是通過研究地質歷史時期的氣候變化和環境變遷，探索南極冰蓋變化對全球的影響，以更好地保護南極環境，應對全球氣候變化。

美國著名科普作家比爾·布萊森在《萬物簡史》一書中這樣寫道：“在過去50年的時間內，南極洲周圍水域的溫度增加了2.5℃，冰蓋塌陷已經大大加劇。這一地區的地質構造特點使得大規模的塌陷更有可能發生。一旦這種情況出現，全世界海平面將以很快的速度平均上升4.5～6米。”該書中還總結了一句發人深省的話：“一個明顯的事實是，我們不知道未來的年代是一個嚴寒氣候，還是一個酷熱的氣候。只有一點是肯定的，我們生活在刀刃上。”