2018年05月20日 星期日
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李廷栋院士告诉你为什么要开展南极科考?

2018-4-27 8:49:39 来源:中国矿业报社 本报记者:李平

执行我国第34次南极考察任务的“雪龙”号顺利返抵上海。

我国第 34 次南极考察任务由“雪龙”号船和“向阳红01” 号船联合组队执行。“雪龙”号船航次由257名队员组成,包括来自美国、加拿大、俄罗斯、泰国、新西兰等国的13名国际队员。“ 雪龙”号船自2017年11月8日从上海基地码头启程,于2018年4月21日返回,历时165天,总航程达3.8万余海里,冰区航行4100海里。

考察队先后在罗斯海、中山站、普里兹湾、戴维斯海、阿蒙森海等区域开展了海陆空立体协同考察,取得了丰硕的考察成果。

本次科考取得多个首次

首先,考察队完成了我国第五个南极考察站——恩克斯堡岛新站临时建筑和临时码头的搭建,实现了发电、海水淡化、通信等功能,于2018年2月7日举行了新站选址奠基仪式,并按计划完成了新站基础测绘、工程地勘等任务。

其次,开展了南大洋业务化调查。考察队在南极半岛海域、普里兹湾、戴维斯海、罗斯海等海域及沿“雪龙”号船航线开展了业务化调查。“向阳红01” 船与“雪龙”号船首次同步实施南大洋调查。

考察队首次在西风带海域阿蒙森海51万平方千米范围内开展海洋站位综合调查,完成了5个断面37个站位的全深度、多学科综合调查,是我国南极考察史上最长的全深度海洋综合观测经向大断面。同时,考察队还在阿蒙森海陆架区实施了首次地球物理调查。

本次南极考察首次实现“雪鹰601”固定翼飞机运载大规模人员进出南极中山站,“雪鹰601”总计执行80次起降。在科研观测方面,“雪鹰601”共完成19个架次的飞行观测,累计飞行超过4.5万千米,观测区域覆盖东南极冰架系统、冰下山脉、冰下湖泊及深部峡谷系统等。

据悉,考察队还完成了中山站夏季考察,首次参与保护南极重要历史文化遗址国际合作。

为什么要研究南极

在一般人的印象中,南极是位于地球一隅的孤僻独立的白色大陆,与我们生活的绿色世界隔着千山万水,似乎没有必要开展全球合作式的大规模科学考察活动。其实不然,人类经过200多年坚持不懈的努力之后,随着对南极考察的深入,越来越认识到南极洲与人类生存和发展密切相关。

多少年来,人们一直对极地迷恋。为了进行地球、生物、物理和海洋科学方面的考察,南极吸引着许多探险家、科学家和各国政府。

早期,一些探险家、科学家是在各国政府、团体、个人的资助下从事南极探险活动的。而现代的南极考察则主要由各国政府有领导、有计划地组织进行,我国也不例外。我国进行南极考察具有深远的历史意义和重要的现实意义。

中国科学院院士李廷栋从四个方面回答了我国研究南极的动机:

第一,南极是一个资源库,具有丰富的生物、矿产与水资源,可作为长远的后备资源加以开发利用。

第二,南极是气候的调节器,其冰雪气候的变化影响全球,也影响中国。

第三,南极是地球科学研究圣地,冈瓦那古陆的演化、大量陨石遗存、巨量冰雪中气候环境信息,以及极光、极端条件下的生命等,都为地球科学研究提供了良好条件。

第四,独特的地理位置、地貌特点和地质遗存,为发展地学旅游的理想之地,也是普及地学科学知识的良好场所。

南极独特的地理位置

“南极洲是我们这个星球上极为特殊的一块土地,是世界上发现最晚,科学研究程度最低的一个洲。”李廷栋院士说,“但由于它所处的特殊地质、地理位置,科学探索上的独特条件,自然资源的巨大潜力,近几十年来引起各国政府和科学界的高度重视。”

据了解,目前,已有20多个国家在南极建立了80多个站进行科学考察,常年站近50个,其中以美国和俄罗斯最多。美、英、俄、法、意、日6国均有5个以上南极科考站。

南极的地理位置比较独特,南极洲位于地球最南端,四周被南大洋所环绕,面积1400万平方千米,约占全球陆地面积的9.4%,其中岛屿面积为7.55万平方千米。

南大洋由太平洋、印度洋、大西洋的南部组成,面积约为3800万平方千米,水深4000米~5800米,在南桑威奇群岛以东的海沟, 海水最深可达8428米。南大洋常年为海冰所覆盖,海冰面积冬季约为1880万平方千米,夏季最小为260万平方千米,有大小冰山22万座。

南极大陆边缘海较少,主要有别林斯高晋海、阿蒙森海、罗斯海、威德尔海等。以横贯南极山脉为界,南极大陆分为东西两部分。

东南极在地质上是一个典型的地盾区,是一个平均海拔4000米的巨大冰原区。冰下有高山与深谷,如果冰雪消融将变为多山地区。

西南极主要由褶皱山脉组成,包括南极半岛及其外的南设得兰群岛等岛屿。如果冰雪消融将变为一系列孤立的岛群。

据介绍,南极有6个“最”:世界最高的大陆,平均海拔2350米,最高峰为文森峰,海拔5140米;世界最寒冷、暴风雪最频繁、风力最强的大陆,年平均气温-25℃,最低-88.3℃,有“世界寒极”之称;沿岸风速17.18米/秒,最大风速100米/秒,为“世界风极”;世界最干旱的大陆,年降水量仅30毫米~50毫米,有“白色沙漠”之称,有的地方近200万年来滴水未降;冰雪(淡水)储藏量最大的大陆,冰层平均厚度1600米,总体积3000万立方千米,占全球冰雪储存量的90%;拥有全球最丰富的生物资源,特别是磷虾资源;是世界上最干净和最安静的大陆,无永久居民,少污染,除风声、浪声、海豹及企鹅叫声外,无其他声音。

南极有“四库”之称,南极是一个淡水库,其淡水量占全球的72%;南极是一个陨石库,地球上90%的陨石采自南极,目前已采集到的陨石约5万块;南极是一个巨大的冰雪库,冰雪的体积300O万立方千米,占全球冰雪总量的90%以上;南极是一个磷虾库(蛋白质库),其蕴藏量为4亿~6亿吨,是地球上最大的单种生物资源。

国际极地研究学界公认,南极有四个必争之点,即极点、冰点、磁点以及南极最高点——高峰点。极点即南极点,位于南极洲中心点,已被美国抢占,并建立了阿蒙森-斯科特科考站。冰点位于东南极腹地,前苏联率先考察,测到了-89℃全球最低温度,并于附近建立了“东方站”。磁点即磁极点,位于东南极沿海地区,已被法国抢占,并建立了迪蒙、迪维尔科考站。高峰点即西南极文森峰,中美联合登山科考队于1988年12月登上该峰,其海拔为5140米。这里即使在夏天,气温也在-40℃。

东南极拥有巨大的冰下湖泊——东方湖。1996年,俄罗斯在东南极俄罗斯东方站发现一个面积广阔的淡水湖——东方湖。湖距海岸线1500千米,海拔3500米。湖泊长250千米,最宽处50千米,大小相当于北美安大略湖,为南极已发现冰下湖中最大的一个。有关钻探结果表明,东方湖可能是地球上水量变动最小的湖泊,其湖水是在约100万年前形成的,拥有世界上浓度最大的氧气。

湖水为什么未结冰?这是因为湖面以上约4000米厚的冰壳像毛毯一样有效地保存了地热能,并把一些有机生命封盖了大约百万年。

据《中国科学报》报道,2013年1月28日,以冰川学家John Priscu为首的美国科考队首次在800米以下惠兰斯湖取得沉积物及水样品,并首次在湖泊中发现生命。该湖位于西南极罗斯冰架边缘,湖水面积约60平方千米。经分析测试,在水体及沉积物中都含有大量微生物,每毫升湖水中含1000个细菌。这些细菌不需阳光而存活,其食物来源于有机质,或者类似在金矿和深海热泉口附近的“化能营养型”物质。冰层保护了这些湖泊与大气层隔绝数百万年的原始环境。

南极有丰富的自然资源

南极的生物资源主要包括:一是磷虾。南极磷虾极为丰富,是世界上最大的单种动物蛋白资源, 每年捕捞1亿~1.5亿吨(相当全世界年水产量的2倍),不影响南大洋生态平衡。二是低温微生物资源。低温微生物资源具有独特的分子生物学机制和生理生化特性,在基础研究及生物工程应用上有很大价值。同时,南极还有大量其他地区少见或南极特有的动物,如企鹅、鲸、乌贼、鱿鱼、龙虾及一些特殊鱼类等。

南极有丰富的矿产资源:南极洲已发现220多个矿床和矿点,主要为煤、石油、天然气、铁、铜、镍、铬、铅、锌、金、银、金刚石。其中,煤、石油、天然气、铁、铜很有远景,金、银、铂族金属有较大找矿潜力。

——石油、天然气:在南极大陆架边缘海(罗斯海盆地、威德尔海盆地等),石油、天然气有较大找矿的潜力。

——铁:主要发现于东南极查尔斯王子山,在200平方千米区域内已发现3个大型、超大型铁矿,矿层厚70米,宽5千米~10千米,延伸120千米~200千米,平均品位30%~38%,为前寒武纪变质型铁矿。

——煤:东南极维多利亚地煤矿,分布面积100万平方千米,主要产于横贯南极山脉,煤层厚6米~9米。专家估计南极煤的资源量约5000亿吨。

——在南极半岛、南设得兰群岛发现不少铜、镍、钼、铅、锌、金等矿产,时代主要为晚中生代到新生代。

同时,南极储存了全世界可用淡水的72%,号称“世界最大淡水资源库”,按目前全世界用水量计算,可供全球使用100万年。

南极科考的历史沿革

据李廷栋院士介绍,人类对南极洲与南大洋的考察、探索是和航海与探险分不开的,随着人类社会的发展和科学技术的进步,人类逐渐闯入南大洋,尔后登上了南极洲。从1675年英国航海家发现南极地区的南乔治岛算起,至今已有300多年的历史,人们对它的认识逐步加深,对它的争夺也日益加剧。

李廷栋表示,南极洲的发现和考察可以分为3个阶段:

第一阶段是探险时代的南极考察(17世纪后半叶到19世纪初叶,经历约220年)。这一阶段的主要特点是各海洋先进国家纷纷赴南大洋探险,寻找新大陆。1675年,英国航海家发现南乔治岛;60年后,法国航海家发现鲍威特岛;1773年~1774年,英国航海家詹姆斯、库克率海军考察船首次穿越南极圈,驶进南纬71°10′的极区,发现南设得兰群岛和丰富的海豹资源。这一发现激起了英、美等国资源开发的欲望,到19世纪初各国开始挺进南极,捕捞鲸鱼和海豹。

第二阶段是资源时代的南极科考(19世纪初到20世纪50年代,经历约130余年)。这一时期的主要特点是各列强“中原逐鹿”,争相进入南极洲,开发南大洋的生物资源并探查石油、天然气等矿产资源,一些国家对南极大陆提出主权要求。19世纪,各先进国家纷纷挺进南大洋,到19世纪90年代登上南极大陆,20世纪初到达南极点。

1907年11月,澳大利亚探险队到达南磁极点;

1911年12月14日,挪威探险队到达南极点;

1912年11月17日,英国探险队到达南极点,但全体队员不幸在归途遇难;

1912年1月18日,日本探险队到达罗斯海附近。

1908年,英国第一次提出对南极大陆的主权要求,随后,其他欧洲国家也宣布和相互承认主权要求;20世纪40年代,智利、阿根廷也提出主权要求。

第三阶段是科学时代的南极科考(20世纪50年代—现在)。从1957年~1958年国际地球物理年开始,人类对南极的探索进入综合科学考察阶段,主要围绕资源、环境开展了一系列国际合作科考项目。在南极洲及南大洋进行了大量的地震、重力、磁法等海洋地球物理调查和航海重磁调查及海底采样,国际岩石圈委员会组织实施了全球地学断面计划,国际深海钻探计划在南大洋进行了深海钻探,在几千米深海钻获石油、天然气,证明深海大洋同样可以找到油气田。1990年,《马德里公约》规定,未来50年内南极禁止任何与矿产资源有关的活动。

这一阶段,南极科学考察突飞猛进,地质调查主要集中于冰川地质、变质地质、火山地质、陨石、大陆构造及岩石圈结构等。1989年~1990年由美国组织实施了横穿南极大陆的国际考察计划,我国也派员参加了这项考察。

中国的南极考察

我国极地科学考察始于1980年。当年1月,我国首次派两名科学家赴澳大利亚南极凯西站进行科学考察。 1985年2月20日,在西南极南设得兰群岛乔治王岛建立了我国第一个南极科考站——长城站,并开始了我国一年一个航次的南极科考。

1989年2月26日,我国第五次南极考察队又在东南极拉斯曼丘陵建成第二个南极科考站——中山站。

2009年1月,我国在东南极腹地冰穹A建成第三个南极科考站——昆仑站,这是世界上惟一建立在海拔4000米以上的科考站。

2014年2月8日,我国在中山站与昆仑站之间的伊丽莎白公主地建立了第四个考察站——泰山站。

目前,我国正筹划在罗斯海的难言岛建立第五个考察站。

长城站、中山站、昆仑站、泰山站已成为我国开展南极考察研究基地和对外开放、合作的窗口。

李廷栋院士称,我国在南极冰川、泛非事件、地层古生物、陨石搜集(在格罗夫山地区已收集到近12000块,一跃居世界第三)、磷虾、测绘等研究方面已经步入国际先进前列。

据李廷栋院士介绍,我国在南极天文、地学研究上实现了五个第一:第一次提出“泛非”事件是东南极地质历史上一次重要的地质事件;第一次在冰穹A成功试钻深冰心;共3支,长度分别为3.83米、3.57米和3.59米;率先获得首批南极天文学、光学数据的国家;利用国产AST3南极巡天望远镜,率先获得南极最大口径天文学光学望远镜观测数据;第一个在南极内陆冰盖测得世界分辨率最高的三维深冰结构及冰下地形数据,寻找到冰盖内部快速“生长”的三维雷达图像证据;第一次在东南极格罗夫山地区发现陨石富集区。

揭示了“泛非”热。国际上普遍认为东南极是一个形成于10亿年前的克拉通,把550Ma~500Ma数据作为产生绿片岩相变质作用和局部花岗岩侵入的次要事件。中国地质科学院地质力学研究所研究员赵越对拉斯曼丘陵变质地质进行详细研究后发现,该区主期低压麻粒岩相变质作用发生在早古生代早期,即泛非期,从而提出“泛非”构造-热事件是该区主要构造事件,是东南极克拉通最终形成时期。

李廷栋院士表示,这一发现动摇了国际上关于东南极克拉通构造演化的传统概念,对于重新认识东南极构造演化和冈瓦纳大陆的形成具有重要意义。

同时,李廷栋院士表示,这一成果已被国际同行认同和广泛引用,并被列入国际合作的倡导计划(东南极及相邻冈瓦纳省构造热事件-新元古代至寒武纪)进行研究。它对前寒武纪-早古生代构造演化和冈瓦纳古陆恢复是一个重大贡献。

陨石采集大丰收。格罗夫山位于东南极中山站以南400千米~500千米。我国南极科学队于1998年首次在该区发现陨石4块,1999年又采集到28块,2002年采集到2000多块,到2005年采获9000多块,证明这里是南极又一个陨石富集区。特别值得指出的是,我国回收到一颗重约9.97克的火星陨石,这是迄今为止世界上发现的第19颗火星陨石,是我国惟一的一颗。其将为研究宇宙、天体运动及火星生命提供珍贵的物证资料。

据了解,截至2013年,我国已在格罗夫山地区采获11452块陨石,从而使我国一跃成为世界上三个收藏南极陨石最多的国家之一。□

编辑:宫莉

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