南極科考40年，我國為什么要建第5座秦嶺站

南極科考40年，我國已在南極建了4座考察站，為什么還要建第5座秦嶺站

南極是地球上最后一塊被發(fā)現(xiàn)的大陸。從1984年中國第一支考察隊走進(jìn)南極起，我國已40次赴南極完成考察任務(wù)。不久前，中國極地研究中心副主任、中國第40次南極科學(xué)考察領(lǐng)隊和首席科學(xué)家張北辰在央視財經(jīng)頻道《中國經(jīng)濟大講堂》節(jié)目中帶領(lǐng)大家一起走進(jìn)南極，破解冰封的秘密。以下是演講主要內(nèi)容。

【到南極必須經(jīng)過兩道屏障】

從地圖上看，南極洲是一片S形的大陸。它位于地球的最南端，被大洋環(huán)繞，面積達(dá)1400多萬平方公里，中間有一座橫貫山脈，將整個南極洲分為東南極和西南極。

南極大陸有約98%的陸地表面常年被冰雪覆蓋，冰層平均厚度為2000米，最厚的地方達(dá)到4000多米，這就是我們所說的冰蓋。冰蓋雖然是固體，但是由于日積月累長時間受重力的作用，從南極大陸中心沿著谷地往低處低速流動。冰蓋在平緩的南極海岸入海的時候，會持續(xù)向海洋延伸，浮在海面上，這時候它還沒有斷裂，就形成所謂的冰架。冰架下面是海水，冰架邊緣脫離的部分就成為大洋中漂浮的冰山。剛分離的大型冰山呈浮臺狀，露出海面的高度可達(dá)200米，長度達(dá)幾百米到幾十公里，甚至數(shù)百公里。

從冰架脫離并逐步融化的冰山，以及融化的冰蓋、冰架，成為全球海平面上升的主要原因。

在南極，與沿岸相連的海水會結(jié)冰，厚度平均在1.5米左右，夏天來不及完全融化的部分在第二年繼續(xù)凍結(jié)，這就是沿岸的固定冰。固定冰破碎就變成了浮冰。固定冰和浮冰在潮汐和氣旋的作用下層層堆積，厚度可達(dá)好幾米。我們把固定冰與浮冰統(tǒng)稱為海冰，它隨著季節(jié)發(fā)生變化。海冰的融化對海平面影響不大。

在南緯40°到南緯60°之間有一個被稱為暴風(fēng)區(qū)的海域，終年受到強勁的西風(fēng)作用，又受到來自印度洋暖氣流和南極冷高氣壓的交匯影響，強勁的低氣壓、氣旋接連不斷地從西往東移動，在海面上掀起驚濤駭浪，這就是考察隊隊員眼中的“魔鬼西風(fēng)帶”。

從以上介紹可以得知，考察船要到達(dá)南極大陸開展考察，必須經(jīng)過兩道屏障，那就是環(huán)繞南極大陸的“魔鬼西風(fēng)帶”以及靠近南極大陸的海冰區(qū)。

【在南極建站是非常艱苦的】

面對南極嚴(yán)酷的自然環(huán)境，南極科考隊把工作分為三個步驟：去得了、立得住、展得開。而建設(shè)考察站就是在南極立得住的重要基礎(chǔ)。目前，我國已經(jīng)在南極建立了5座考察站，分別是長城站、中山站、昆侖站、泰山站、秦嶺站。

2024年2月7日，中國第5座南極考察站——秦嶺站建成并舉行開站儀式。這是我國南極考察歷史上的一個里程碑事件。

在南極建站是非常艱苦的，即使風(fēng)和日麗，也要經(jīng)受強紫外線的輻射。而事實上，建站的工作大多數(shù)時間是在暴風(fēng)雪中進(jìn)行的。

正常情況下，1月的南極很少遇到12級大風(fēng)。但是，2024年1月25日，正在秦嶺站施工的關(guān)鍵時刻，氣象員報告說，從氣象圖上看到將會出現(xiàn)40米/秒的大風(fēng)。

當(dāng)時，主體建筑還沒有完全封閉，如果大風(fēng)鉆進(jìn)建筑內(nèi)部形成負(fù)壓，將會構(gòu)成毀滅性的風(fēng)險。于是，我們現(xiàn)場連夜部署，決定在大風(fēng)來臨之前實現(xiàn)建筑墻板的全封閉。很快，風(fēng)速開始增大，從6級、7級到8級，當(dāng)最后還剩下3塊墻板沒有封閉時，風(fēng)力已經(jīng)接近9級，作業(yè)非常危險。

現(xiàn)場總指揮召開了動員會。任務(wù)能否成功的關(guān)鍵要看施工隊員敢不敢爬上高空作業(yè)，因為高空的風(fēng)更大。這時，人群中有一名隊員說：“誰跟我上？”很快有另一名隊員回應(yīng)：“我跟你上！”兩個人隨即沖上了十幾米的高空。最終，我們在12級大風(fēng)到來之前完成了墻板的全封閉。

【為什么要建第5座考察站】

大家可能要問：中國已經(jīng)在南極建了4座考察站，為什么還要建第5座考察站？

秦嶺站位于西南極，面向南太平洋扇區(qū)，離阿蒙森海比較近。在秦嶺站附近有一個南極最大的冰架，叫羅斯冰架，那里的冰架正在加速融化。

研究發(fā)現(xiàn)，近30年，南極冰蓋的融化使全球海平面上升了8毫米。僅西南極流入海里的冰雪，就相當(dāng)于整個格陵蘭島。秦嶺站正位于南極冰蓋變化的關(guān)鍵區(qū)域，因此，秦嶺站的建成將有利于開展對這個區(qū)域的考察工作，進(jìn)而研究這一區(qū)域的海洋和大氣、海冰、冰架的相互作用。

除此之外，秦嶺站附近有兩個冰間湖。一個是南極最大的羅斯冰架冰間湖，另一個是特拉諾拉冰間湖。顧名思義，冰間湖就是近岸被海冰環(huán)繞的海水露出的區(qū)域。照理說，以南極冬天零下幾十?dāng)z氏度的溫度，海水都是結(jié)冰的，但從南極內(nèi)陸吹來的下降風(fēng)強度特別大，持續(xù)時間長，海面上新結(jié)成的冰還沒有穩(wěn)定下來，就很快被強風(fēng)吹走了。所以，在冰間湖里，結(jié)冰的過程一直存在。

海水在結(jié)冰的過程中會析出鹽分，因此在冰間湖局部區(qū)域會生成溫度低、鹽分密度高的海水，這部分海水下沉，就會形成底層水。同時，它會將大氣中的二氧化碳帶到海底。所以，冰間湖也是研究冰區(qū)海氣交換的一個重要窗口。

此外，冰間湖還是海洋生物的世外桃源。萬物生長靠太陽，相對于海冰覆蓋的海域，冰間湖能夠獲得更多的光照。它還擁有很多陸源的營養(yǎng)物質(zhì)，這有利于藻類的生長繁殖，從而在食物匱乏的冬季極夜期間為其他生物提供重要的食物。在海冰大面積覆蓋的情況下，鯨魚、海豹、海鳥能從冰間湖中獲得魚蝦等食物，從而在惡劣的條件下生存下來。

總體而言，國際上對南極冰間湖缺乏深入的研究。我國已經(jīng)計劃在下一次南極考察也就是第41次南極科學(xué)考察期間，安排首個秋冬季國際合作航次，通過中外科學(xué)家的合作來揭開特拉諾拉冰間湖的世外桃源之謎。

【中國科考裝備今非昔比】

1984年，由于缺乏極地科考經(jīng)驗，再加上保障裝備匱乏，中國第一支南極科學(xué)考察隊的591名隊員是在簽下了生死狀后才出發(fā)的。40年后的今天，當(dāng)中國第40次南極科學(xué)考察隊同樣從上海起航時，我們的裝備實力已今非昔比。

中國目前的考察裝備，主要涉及海陸空三方面的人員、物資運輸和考察支撐。

“雪龍”號極地考察船主要負(fù)責(zé)中山站、長城站方向的人員運輸和物資保障，同時承擔(dān)普利茲灣、南極半島、宇航員海的大洋調(diào)查任務(wù)?！把垺碧柨傞L度167米，能夠以0.5節(jié)的速度連續(xù)破1.1米厚的冰，外加20厘米厚的積雪，排水量近2.1萬噸?！把?”號是我國繼“向陽紅10”號、“極地”號、“雪龍”號之后的第四艘極地考察船，也是我國第一艘自主建造的極地考察破冰船。它的總長為122米，最大的特點是能夠雙向破冰，能在1.5米厚冰環(huán)境中連續(xù)破冰航行，填補了中國在極地科考重大裝備領(lǐng)域的空白。

內(nèi)陸車隊主要用于保障泰山站、昆侖站以及格羅夫山的野外考察。內(nèi)陸車隊目前有15臺運輸車輛，其中，重型牽引車8臺、輕型雪地車7臺。還有100多部運載雪橇，如果這些雪橇一次性全面投入使用，運輸能力可達(dá)700余噸，這在國際上也算是數(shù)一數(shù)二的了。

我國首架極地固定翼飛機“雪鷹601”主要承擔(dān)內(nèi)陸冰蓋的航空調(diào)查以及國際合作任務(wù)?！把?01”從2015年10月起執(zhí)行南極考察任務(wù)。它實現(xiàn)了航空冰雷達(dá)等設(shè)備的高度集成，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。作為航空地球物理觀測平臺之一，它投入使用到現(xiàn)在已經(jīng)完成了大約20萬公里的測線，觀測數(shù)據(jù)填補了南極最大的數(shù)據(jù)空白——伊麗莎白公主地的觀測，繪制了近90萬平方公里未知區(qū)域的冰下地形，同時發(fā)現(xiàn)了新的冰下盆地、山脈、冰下湖等。這些被命名的冰下地理特征已經(jīng)被納入國際南極地名名錄，補齊了南極冰下地層地形測繪的最后一塊拼圖。這標(biāo)志著延續(xù)了近70年的國際南極冰下地形測繪任務(wù)已經(jīng)圓滿完成。

【兩次驚險的卸運經(jīng)歷】

中山站是我國南極內(nèi)陸考察的大本營，位于東南極的拉斯曼丘陵。得益于中山站地域開闊、易于登陸且淡水資源豐富的優(yōu)勢，這里承擔(dān)了科考工作的首要任務(wù)——卸運物資。但大家可能想象不到，看似簡單的卸運物資工作在南極特殊的自然環(huán)境中也是非常艱難甚至是驚險的。

一般來說，我們會選擇南半球的夏季時間到達(dá)南極，這時候南極大陸外圍的浮冰開始變得松散，考察船容易進(jìn)入。然后，我們會找到一片連接岸邊的相對穩(wěn)定的固定冰，便于開展海冰上的物資運輸。我有幸?guī)ш爡⒓恿酥袊?8次和第40次南極科學(xué)考察，經(jīng)歷了兩次截然相反的極端的海冰狀況，它們都給卸貨造成了不小的困難。

第38次南極考察由“雪龍”號單船赴中山站。一開始走得很順利，但是西風(fēng)帶出現(xiàn)一個強氣旋，引起連續(xù)3天強烈的東北風(fēng)，將“雪龍”號死死地擠在浮冰中，只好被迫停船，等待氣旋過去。當(dāng)時，船體和海冰之間不斷擠壓，嘎嘎作響，聽起來非?？植?。

過了兩天，天氣好轉(zhuǎn)，“雪龍”號繼續(xù)前行。但是，海冰的阻力太大了。一般來說，破冰船通過動力往前走，壓到冰上，把冰壓碎，一次不行就壓兩次、三次。而這一回，遇到有些難啃的海冰，“雪龍”號反復(fù)沖撞，竟達(dá)到100多次。沿途的海冰狀況已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了“雪龍”號的破冰能力。等到“雪龍”號艱難地一點點挪動，終于找到合適的海冰作業(yè)面時，已經(jīng)比原計劃晚了18天。

第40次南極考察也是“雪龍”號單船執(zhí)行任務(wù)。2023年12月1日，我們提前到達(dá)了浮冰區(qū)的外圍，這時我們發(fā)現(xiàn)，“雪龍”號輕輕松松就能航行，碾壓大塊的浮冰毫不費力。就這樣，我們一路開到了離中山站只有6公里的位置，但還是沒有找到合適的固定冰作業(yè)面卸貨。

南極考察40年來第一次遇到這樣的特殊情況。如果找不到合適的海冰作業(yè)面，就無法進(jìn)行運輸和卸貨。更讓我們著急的是，隨船還帶了一臺重達(dá)十幾噸的國產(chǎn)多功能雪地車，要在南極內(nèi)陸進(jìn)行測試，這輛雪地車只能在海冰冰面上行駛。所以，考察隊啟用直升機開始尋找固定冰，最終在另一個方向找到了一塊完整的與陸地相連的海冰。

12月5日上午9點，船員報告說“雪龍”號附近的海冰出現(xiàn)了一個小的裂縫。于是，我們迅速撤掉了冰面上的物資，有的直接用飛機吊到中山站。5個小時后，“雪龍”號所在的位置已經(jīng)看不到一片完整的海冰了。所有的隊員都感到慶幸，幸好我們搶著把雪地車順利開到了中山站，否則再晚5個小時，這個任務(wù)就完不成了。

我們經(jīng)歷的這兩個完全不同的極端的海冰狀況，說明南極的環(huán)境正在發(fā)生劇烈變化。衛(wèi)星觀測發(fā)現(xiàn)，2023年，南極海冰的整體面積是1979年有觀測以來的歷史同期的最低點。對比2013年和2023年，10年間海冰的面積從1950萬平方公里減少到1640萬平方公里，銳減了超過300萬平方公里。

【探索“地球的自然檔案”】

從中山站向南是地球上最大的冰蓋，冰蓋的最高點冰穹A曾被稱為“人類不可接近之極”。

2005年1月18日，中國第21次南極科學(xué)考察隊從陸路實現(xiàn)了人類首次登頂冰穹A。2009年1月，中國第25次南極科學(xué)考察隊在冰穹A上建成國內(nèi)首個南極內(nèi)陸考察站——昆侖站。

這里的冰蓋是原始堆積形成的，儲存著全球的氣候和大氣環(huán)境信息。因此，對這個區(qū)域的研究可以下探地球氣候的變遷，上窺宇宙演化的歷史。調(diào)查研究表明，冰穹A極有可能存在超過百萬年的冰芯。

2012年，中國科學(xué)家開始在冰穹A鉆取100萬年的冰芯。目前，我們已經(jīng)成功取得了800多米的樣本，可以再現(xiàn)大約1.2萬年以來的氣候變化。

冰蓋大約形成于3400萬年之前，從1400萬年前開始，南極就形成了連續(xù)不間斷的冰蓋。大約500萬年前，形成了現(xiàn)在這樣一個規(guī)模。因此，冰蓋中埋藏了很多氣候與環(huán)境的信息。研究冰蓋最簡單實用的方法就是鉆取冰芯。冰芯被稱為“地球的自然檔案”，其中最有價值的是溫度和二氧化碳的含量，因為冰芯是保存大氣成分濃度的唯一介質(zhì)。

南極是純凈的，昆侖站上空的大氣更為純凈。它遠(yuǎn)離工業(yè)污染，更為重要的是，這里的大氣擾動十分微弱。因此，昆侖站具有在地面上進(jìn)行天文觀測的清晰視野。中國第40次南極科學(xué)考察在昆侖站安裝了自主研發(fā)的近紅外望遠(yuǎn)鏡以及可移動的太赫茲的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，期待有更多的天文奧秘被發(fā)現(xiàn)。

【泰山站附近的新發(fā)現(xiàn)】

在中山站與昆侖站之間的伊麗莎白公主地，矗立著中國第30次南極科學(xué)考察隊建成的泰山站。它是一座中繼站，主要為昆侖站提供各類物資和人員的中轉(zhuǎn)。然而沒想到的是，在泰山站附近也有一個重要發(fā)現(xiàn)。

2023年，中國聯(lián)合挪威、德國、澳大利亞等十多個國家發(fā)起了首個環(huán)南極冰蓋的國際合作調(diào)查計劃?！把?01”固定翼飛機經(jīng)過前期航空遙感，在泰山站往東約150公里的位置發(fā)現(xiàn)了一個新的冰下湖。經(jīng)過探測，我們確定了冰下湖的大小、上面覆蓋的冰蓋厚度以及湖水有多深、湖底沉積物等相關(guān)信息，證實這里是南極冰下極端生命環(huán)境探測和冰蓋演化研究的一個理想的鉆探目標(biāo)。

冰下湖鉆探取樣有一個核心技術(shù)，就是要鉆透冰蓋，直達(dá)湖水，又不至于對冰下湖造成污染。這就是所謂的原位取樣。目前，我們正在突破這個技術(shù)，形成富有中國特色的多學(xué)科相結(jié)合的清潔鉆探技術(shù)。

在中國第40次南極科學(xué)考察中，我們成功找到了進(jìn)入冰下湖區(qū)域的路徑。在未來的南極科學(xué)考察中，我們打算進(jìn)一步完成鉆探選址、冰下湖取樣等計劃。期待著有一天能夠揭開極端環(huán)境遠(yuǎn)古生命的奧秘，發(fā)現(xiàn)冰蓋和地質(zhì)演化的關(guān)鍵線索。

【保護南極生態(tài)環(huán)境刻不容緩】

中國第一個南極考察站——長城站所處的區(qū)域，被稱為“南極洲的綠洲”。在冰天雪地中，滿眼可見苔蘚、地衣、藻類和其他的高等植物，各種鳥類在這里棲息翱翔，海獅、海豹、海象懶洋洋地橫身海灘。鄰近的大洋中，鯨類品種繁多，吸引了無數(shù)旅游愛好者的目光。這里是研究南極洲生態(tài)系統(tǒng)及生物資源的理想之地。

然而，我們注意到，長城站所在的南極半島是全南極大陸溫度變化顯著的地方，這里的冰架也在快速融化，島嶼上的冰雪在夏季的時候已經(jīng)消失了。南極半島上有224條冰川，87%正在退縮，這意味著這里在變暖。

為了保護當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，近年來，我們逐步建立了中國南極長城站觀監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，開展南極土壤環(huán)境、鳥類和哺乳動物、植被、大氣、湖泊環(huán)境的監(jiān)測以及污水在線監(jiān)測、近岸海洋環(huán)境監(jiān)測、凍土監(jiān)測等，這也是我們對南極保護開展的實質(zhì)性的活動。

在新的時代，中國極地考察工作者將與國際社會一道，更好地認(rèn)識極地、保護極地、利用極地，為造福人類、推動構(gòu)建人類命運共同體做出新的、更大的貢獻(xiàn)。

來源：上觀新聞 作者：張北辰