南極洲科考新發(fā)現(xiàn)

南極大陸是世界上最偏遠(yuǎn)、最干燥、最寒冷的大陸之一，人類無法在那里生活，目前只有少數(shù)國家的科考隊和勇于挑戰(zhàn)的旅人留下了自己的足跡。對科學(xué)家而言，南極洲就像一個冰凍的時間膠囊，保存著很多地球早期的秘密。近年來，科研人員陸續(xù)揭開了這個大陸厚厚冰層下隱藏著的一些秘密。特別是2022年，成為南極科考的“豐收年”，取得了不少突破性的進展。

冰架下的“隱秘世界”

拉森冰架是南極洲最大的冰架，不過隨著全球變暖，拉森冰架已經(jīng)碎裂。其中，拉森A冰架已經(jīng)在1995年徹底消失，拉森B冰架也于2002年消融了，剩余的拉森C冰架成為最大的冰架，現(xiàn)在也已經(jīng)進入快速崩解期。2021年，拉森C冰架還崩解出了全球最大的冰山。2020年，新西蘭惠靈頓維多利亞大學(xué)的冰川學(xué)家、首席研究員休·霍根在查看該地區(qū)的衛(wèi)星圖片時，第一次注意到拉森C冰架存在地下結(jié)構(gòu)，這個地下結(jié)構(gòu)看起來像一條異常的溝壑，延伸到冰面之上。

2022年，由新西蘭國家水與大氣研究所的物理海洋學(xué)家克雷格·史蒂文斯領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊開展了實地探測。為了對這條溝壑進行“近距離”觀察，他們用強大的熱水軟管灌注熱水，開鑿出了深度達500米的通道。當(dāng)一臺攝像機深入通道時，研究人員突然看到了數(shù)百個微小的模糊斑點。起初，他們以為是設(shè)備出了故障，但在重新調(diào)整焦距后，比較清晰地看到了一團團小型甲殼類動物的身影。

攝像機的突然出現(xiàn)，干擾了這些小型生物悠遠(yuǎn)漫長的平靜生活。它們圍繞著攝像機上下游動，那種蜂擁而至的狀態(tài)似乎是受到了驚嚇，又好像在試圖驅(qū)趕這個“不速之客”。研究人員深感震驚，因為這是他們事先根本未曾預(yù)料到的——在大型的冰架內(nèi)部會有生命存在。史蒂文斯激動地說：“這些生物在我們的攝像機周圍游動，意味著那里存在著一個重要的生態(tài)系統(tǒng)。這些神秘生物的發(fā)現(xiàn)，讓我們高興得上躥下跳，就像是進入了一個‘隱秘世界’。”

冰架內(nèi)部存在著生命體這一現(xiàn)象讓研究人員感到困惑。迄今為止，有關(guān)拉森C冰架的特征研究還很少。正是因為之前不知道冰層下面是否有生命，所以這個新發(fā)現(xiàn)顯得尤為重要。科學(xué)家需要繼續(xù)對諸如“水中的營養(yǎng)物質(zhì)是如何到達并開始循環(huán)的”“‘隱秘世界’里到底存在著多少種生物”“地下生態(tài)系統(tǒng)是怎樣穩(wěn)定存在的”等問題開展深入研究。

與此同時，科學(xué)家也表達了極大的擔(dān)憂。隨著拉森C冰架在全球變暖的持續(xù)影響下發(fā)生崩解，冰架下的“隱秘世界”極有可能遇到全球持續(xù)變暖所帶來的風(fēng)險。一旦這些生態(tài)系統(tǒng)因為冰架的崩解完全暴露在外界環(huán)境下，內(nèi)部的各種生物估計很難適應(yīng)。

沉積古DNA保存完好

2022年，澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)的一個國際研究團隊在南極洲大陸北部的斯科舍海采集常規(guī)海底沉積物樣本時，意外發(fā)現(xiàn)了遠(yuǎn)古微生物的DNA。這些樣本被稱為“沉積古DNA”，可以闡明海洋生命在過去如何演變，同時也為了解海洋生態(tài)系統(tǒng)怎樣受到長期氣候變化的影響提供線索。塔斯馬尼亞大學(xué)的首席科學(xué)家琳達·阿姆布雷希特博士表示，斯科舍海的沉積古DNA保存完好，得益于極地海洋的低溫低氧環(huán)境和紫外線輻射極少等因素。

這些沉積古DNA從海底深達178米的地方提取出來后，進行了全面的污染控制，以確保樣本年齡標(biāo)記的準(zhǔn)確性。這些遺傳物質(zhì)可以追溯至54萬年前，它們能幫助科學(xué)家更好地了解南極洲的這一地區(qū)是如何在漫長的時間內(nèi)演變的。研究團隊在檢測到的生物中發(fā)現(xiàn)了硅藻或單細(xì)胞生物，但還不能確定這些沉積古DNA樣本屬于哪個物種。

化石遺跡表明，硅藻最遲起源于全球變暖的遠(yuǎn)古時期，這種浮游植物能夠為研究南極洲的海洋生態(tài)系統(tǒng)，以及如何應(yīng)對人類活動引起的氣候變化提供線索和方法。在大約1.45萬年前，斯科舍海生物的食物鏈發(fā)生了一次變化。德國波恩大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家邁克爾·韋伯認(rèn)為這是一個有趣而重要的變化，它與全世界范圍內(nèi)海平面的快速上升和南極洲變暖導(dǎo)致的大量冰層流失有關(guān)，氣候變暖顯然導(dǎo)致了南極洲周圍海洋生產(chǎn)力的提高。

沉積古DNA分析是一項新技術(shù)，能幫助破譯遠(yuǎn)古時期哪些生物體何時曾經(jīng)在海洋中生活過。這一次，研究團隊使用該技術(shù)研究了過去百萬年來斯科舍海生物結(jié)構(gòu)的變化。科學(xué)家正在穩(wěn)步提高解析這些古代DNA片段的能力，并要去除所有現(xiàn)代沉積物DNA留下的“噪聲”和干擾，以獲得對遠(yuǎn)古時代的正確了解。通過了解更多關(guān)于遠(yuǎn)古時期的氣候變化和海洋生態(tài)系統(tǒng)的反應(yīng)，能夠?qū)δ蠘O地區(qū)未來可能發(fā)生的事情作出更準(zhǔn)確的預(yù)測。

海洋沉積古DNA分析，也為研究間冰期中整個生態(tài)系統(tǒng)中海洋變化和古代世界生產(chǎn)力的發(fā)展階段開辟了道路。冰期是地球表面溫度下降和冰川擴散導(dǎo)致全球范圍內(nèi)的大規(guī)模冰川覆蓋和寒冷氣候的時期，而間冰期則是指冰期之間相對較暖和穩(wěn)定的氣候階段。在地質(zhì)年代史上，間冰期是一個相對較短的時間段，通常為幾千年到幾萬年不等。

當(dāng)前地球正處于一個間冰期階段，被稱為“全新世”。它是最年輕的地質(zhì)年代，已經(jīng)持續(xù)了約1.8萬年。間冰期對于全球氣候的影響非常大，氣溫的波動會導(dǎo)致植被的變化，從而影響動物的生存環(huán)境。隨著時間的推移，海平面的上升和氣候變化的加劇會給人類的生存造成威脅。與此同時，目前這個間冰期也是人類文明發(fā)展的重要時期。

6000萬個冰魚巢穴

2022年，德國“極地之星號”科考船的生物學(xué)家團隊在南極威德爾海破冰研究海洋生物。他們在將攝像機和其他儀器拖曳到0.5千米深的海底附近時，實時傳送的海底視頻出現(xiàn)了驚人的一幕：6000萬個冰魚巢穴占據(jù)了遠(yuǎn)超240平方千米的空間，每個巢穴深約15厘米，直徑約75厘米，平均每平方千米存在1735個魚卵。這些巢穴分布均勻，它們是冰魚用海底的石子壘成的，每個巢穴都有一條成年冰魚守護，其中76%是雄魚。研究人員表示，雖然威德爾海全年都被冰雪覆蓋，但冰層相對較薄，光合作用仍然可以進行，這應(yīng)該就是冰魚在此筑巢的原因。

研究南極魚類20多年的英國南極科考隊的魚類生物學(xué)家馬克·貝爾奇埃介紹道：“成年冰魚在這么大的范圍內(nèi)建造了巢穴，就好似陸地上或冰原上的海鳥或企鵝，密集的巢穴可以幫助保護個體免遭捕食者的傷害。”

這種半透明的冰魚并不是第一次被發(fā)現(xiàn)。早在2017年，由德國、澳大利亞等國的科學(xué)家組成的研究團隊，曾在因氣溫上升而崩塌的南極拉森冰架下方的海域內(nèi)發(fā)現(xiàn)了19種新的海洋生物，其中就包括冰魚。但這是人類迄今發(fā)現(xiàn)的最大的冰魚群。在此之前，科學(xué)家只觀測到了數(shù)量極少、相距很遠(yuǎn)的冰魚巢穴，其中最大的冰魚群也僅包含60個巢穴。

冰魚的外形細(xì)長，頭部比較大，外皮黑白相間，有大大的眼睛和長著長牙的嘴，纖細(xì)的魚鰭骨上覆蓋著透明的膜。它們能長到60厘米左右，全身沒有鱗片，某些部位潔白如雪，其他部位則是半透明的。冰魚之所以擁有半透明的身體，是因為體內(nèi)同時缺乏血紅蛋白和紅細(xì)胞。為了適應(yīng)極端寒冷的環(huán)境，冰魚已經(jīng)進化到可以在體內(nèi)沒有紅細(xì)胞的情況下生存。

冰魚直接通過皮膚從海水中吸收氧氣。它稀薄的血液流動起來阻力小，循環(huán)性更強，能在極端環(huán)境中減少能量的損耗。生活在溫帶海域的魚類，血液的冰點一般在-0.8°C左右，低于這個溫度就會被凍死。而冰魚則不同，在海水溫度降到淡水冰點0℃以下時，能產(chǎn)生抗凍蛋白質(zhì)，防止血液凝結(jié)成冰晶。

研究團隊還注意到這一地區(qū)廣泛散落著大量冰魚的尸體，它們很可能是威德爾海豹的獵物。約有2000只海豹生活在這里，這些海豹可能潛入繁殖區(qū)以冰魚為食。研究團隊認(rèn)為，由于數(shù)量龐大，冰魚和它們的卵可能是當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵角色，為此他們將一些觀測設(shè)備留在了冰魚巢穴最密集的一個區(qū)域，以了解更多關(guān)于繁殖和筑巢行為的信息，同時建議在威德爾海這片領(lǐng)域建立一個海洋保護區(qū)。

德國阿爾弗雷德·韋格納研究所的深海生物學(xué)家奧屯·普爾瑟，領(lǐng)導(dǎo)“極地之星號”科考船的水下成像工作。他指出：“深海不是沙漠荒地，威德爾海是一個獨特的、基本沒有受到破壞的生態(tài)系統(tǒng)，物種很豐富。我們不知道還有這么大的生態(tài)系統(tǒng)存在，這一事實表明人類對南極洲的了解還很不夠。”

冰蓋下神秘的暗河

2022年，由英國和加拿大科學(xué)家聯(lián)合組成的研究團隊乘坐飛機，對南極洲東部和西部的冰蓋，以及流入威德爾海的水流進行了大規(guī)模的調(diào)查。他們收集了能穿透冰層的最先進的雷達提供的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在南極冰蓋下有一條流入威德爾海的巨大地下河流流經(jīng)4個不同的冰川。

在此之前，科學(xué)家就已確定地球兩極的冰蓋之下有液態(tài)水在流動。在南極，冰蓋質(zhì)量巨大，會在冰蓋底部形成摩擦，加上異常地?zé)岬淖饔茫贡鶑牡撞咳诨６诒睒O和格陵蘭島，由于季節(jié)性變化導(dǎo)致的深層裂縫可以將冰蓋表面的融水引導(dǎo)到底部。

雖然科學(xué)家確定融化的冰量并不大（每年只有幾毫米厚），但由于冰層表面積如此之大，即使是1毫米厚度的冰融化成水，也能匯聚成一條快速流動的巨大河流。所有淡水終將流入威德爾海。科學(xué)家將“原處于陸地之上的冰層開始崩塌漂浮”的過渡區(qū)稱為“接地線”。研究發(fā)現(xiàn)，“接地線”極易受到環(huán)境溫度升高的影響，因此更多地了解這個敏感區(qū)域能夠幫助研究人員開發(fā)更準(zhǔn)確的模型，來預(yù)測未來的海平面上升趨勢。美國休斯敦大學(xué)的物理學(xué)家彼得羅·米利洛聲稱：“這項發(fā)現(xiàn)為探究‘接地線’的實際情況打開了一扇門，找到這條河極大地促進了科學(xué)家對南極冰下水文學(xué)的了解，意味著可以更好地預(yù)測如果全球持續(xù)變暖，南極冰原將如何示人。”

即便如此，這么巨大的地下河流還是讓研究人員吃驚。英國倫敦帝國學(xué)院的冰川學(xué)家馬丁·西格特指出：“幾十年前，當(dāng)我們第一次發(fā)現(xiàn)南極冰下的湖泊時，還以為它們是彼此獨立的。但到現(xiàn)在才意識到，南極洲下方有著一個完整的系統(tǒng)，由巨大的河流網(wǎng)絡(luò)相連。”

研究人員認(rèn)為，南極洲表面的冰蓋有多少冰會融化，以及融化的速度有多快，都與冰層底部的濕滑程度有關(guān)。別看這條河流地處冰蓋深處，卻很有可能直接影響著其上方的冰川流動和融化方式。只有將冰蓋、海洋和淡水組成的整個系統(tǒng)結(jié)合起來分析，才能真正了解冰川消融的過程。如果南極冰蓋底部的消融量足夠大，那么這些高壓淡水形成的水道將會導(dǎo)致冰川底部與海洋的交界處變得不穩(wěn)定，從而加速上層冰川的融化。根據(jù)西格特的說法，如果此次研究中涉及的區(qū)域所包含的冰蓋全部融化，那么足以使全球海平面上升4.3米，可能會造成災(zāi)難性的后果。

“末日冰川”和A-76A冰山悄然崩塌

被稱為“末日冰川”的思韋茨冰川位于南極洲西部，平均厚度4千米，面積超過18萬平方千米。思韋茨東部冰架是支撐思韋茨冰川最重要的結(jié)構(gòu)之一，它本身是一個浮動的冰塊，由于被釘在一座水下山體上，和冰川保持了相對穩(wěn)定的關(guān)系，支撐著約三分之一的冰川，并減緩了冰流入海的速度。

然而，在思韋茨東部冰架，一場令人擔(dān)憂的崩塌正悄然發(fā)生。拍攝于2021年11月的一張衛(wèi)星圖像顯示，思韋茨東部冰架上已出現(xiàn)了幾條橫跨冰楔的大型裂縫。最新數(shù)據(jù)表明，一股水溫為2°C的暖流潛入冰川底部和水下山體之間，正在不斷侵蝕思韋茨東部冰架。

美國俄勒岡州立大學(xué)的冰川學(xué)家艾琳·佩蒂特表示，思韋茨東部冰架極有可能在三到五年內(nèi)崩塌，屆時其連鎖反應(yīng)將波及南極洲西部大部分的冰蓋，加速思韋茨冰川融化，致使全球海平面最高上升3米，給人類造成一場巨大的災(zāi)難。他形容道：“思韋茨東部冰架上的大型裂縫就好比擋風(fēng)玻璃上的裂痕，只需再擊打一次，整個冰架表面就會布滿蜘蛛網(wǎng)狀的裂縫。一旦冰架破裂，大部分現(xiàn)在被冰架束縛的冰川會以3倍的速度融化。”美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校的冰川學(xué)家泰德·斯坎博斯警告道：“這對世界上大多數(shù)沿海城市而言將是一場大災(zāi)難，一些地勢低的海島可能將直接消失。”

另一個壞消息是，2023年5月24日，美國宇航局的“特拉”地球觀測系統(tǒng)衛(wèi)星拍攝到了一張新的圖像，代號為A-76A的冰山解體分裂成六大塊后，在斯科舍海的南喬治亞島附近漂散開來。2021年5月19日，A-76冰山脫離南極威德爾海的龍尼陸緣冰層，成為當(dāng)時漂浮在海洋上的最大的冰山。在漂浮了148天后，它分裂成A-76A、A-76B和A-76C三座冰山，其中A-76A是最大的一塊，占據(jù)了A-76體積的絕大部分。2022年10月，人造衛(wèi)星拍攝的圖像顯示，長135千米、寬26千米的A-76A冰山已進入德雷克海峽。該水域經(jīng)常出現(xiàn)在南極洲強大洋流作用下分裂的冰山。

雖然A-76A冰山從未處于與南喬治亞島直接相撞的路線上，但它最終仍可能影響附近的海洋生態(tài)系統(tǒng)。新的冰山裂塊可能會成為在該地區(qū)活動的船只的主要威脅，在完全融化時很可能也會向附近的海洋注入大量淡水，從而破壞海洋食物鏈。此前，世界上最大的冰山A-68A也在途經(jīng)德雷克海峽后，于2020年12月在南喬治亞島附近瓦解。科學(xué)家當(dāng)時擔(dān)心，A-68A冰山最終可能與南喬治亞島相撞，使該島的多元海洋生態(tài)系統(tǒng)面臨崩潰的危險。幸運的是，這一巨大的冰山與南喬治亞島剛好擦肩而過，之后被洋流撕裂成了兩半，后來又分裂成較小的冰山。

未來幾年，南喬治亞島可能又會迎來一座冰山。2023年1月，一塊與倫敦面積相當(dāng)?shù)陌鍫畋剑ū幻麨椤癆-81”），從南極洲的布倫特冰架脫落。研究表明，A-81冰山也可能會漂流至德雷克海峽，從而向南喬治亞島移動。A-76A冰山和A-81冰山并不是僅有的新近正在移動中的冰山。2022年10月，一座被稱為“B-22A”的冰山“擱淺”在思韋茨冰川附近的海底20多年后，開始從南極洲向外漂移，它的大小約為美國得克薩斯州休斯敦面積的2倍。

名詞卡片

冰川：指極地或高山地區(qū)地表上多年存在并具有沿地面運動狀態(tài)的天然冰體，由多年積雪經(jīng)過壓實、重新結(jié)晶、再凍結(jié)等成冰作用形成。冰川具有一定的形態(tài)和層次，并有可塑性，在重力和壓力下，產(chǎn)生塑性流動和塊狀滑動，是地表重要的淡水資源。《世界冰川目錄數(shù)據(jù)匯編和組合指南》規(guī)定，凡是面積超過0.1平方千米的多年性雪堆和冰體都應(yīng)編入冰川目錄。

冰蓋：指覆蓋了5萬平方千米以上陸地的連續(xù)冰川。目前，全球可稱為冰蓋的只有南極冰蓋和格陵蘭冰蓋，它們包含了地球上99%的冰量。

冰山：指一塊大小如同山川的冰，脫離了冰川或冰架，在海洋里自由漂流。冰的密度約為917千克/立方米，而海水的密度約為1025千克/立方米，根據(jù)阿基米德定律，自由漂浮的冰山約有90%的體積沉在海水表面之下。“冰山一角”一詞由此而來，即冰山在水面上的部分遠(yuǎn)小于水下的部分，因此要格外小心，以免船體在水下撞擊冰山而傾覆。

冰架：又稱“冰棚”，是指大陸冰川延伸到海洋的部分，即與大陸冰川相連的海上大面積的固定浮冰。目前，只有南極洲、格陵蘭島和加拿大的海岸有冰架存在，其中羅斯冰架、菲爾希納冰架、龍尼冰架和亞美利冰架是世界上最大的冰架。