南極冰蓋

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更新時間: 2013-07-15

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南極地表大範圍的常年不融化的冰雪覆蓋。南極冰蓋始於漸新世末。至少在距今500萬年前就達到目前規模。冰蓋絕大部分分佈在南極圈內,直徑約4500千米,面積約1398萬平方千米,約佔南極大陸面積的98%。平均厚度為2000~2500米,最大厚度達4000多米。冰蓋的總體積約2450萬立方千米,佔世界陸地冰量的90%,淡水總量的70%。冰蓋外圍發育有面積約為150多萬平方千米的陸緣冰,主要有羅斯冰架、菲爾希納冰架和埃默里冰架等。在內陸冰蓋的補給和推動下,冰架邊緣不斷崩坍出大量的平頂冰山。

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1基本簡介

南極冰蓋

  南極冰蓋

在南極大陸上覆蓋著巨厚的冰蓋,它的面積達1398萬平方千米,最厚的地方4200為米。南極冰蓋的總體積多達2450立方千米,如果全部融化,全球洋麵將升高60米,地球上的陸地面積將因此而縮小2000萬平方千米。這將會給世界上人口相對稠密的低海拔地區造成巨大災難。
南極冰蓋始於漸新世末。至少在距今500萬年前就達到目前規模。
記載表明,從南極大陸冰蓋獲取的冰岩芯樣品,至今已超過2 000米,獲得了15萬年以前的古氣候和古環境資料。

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3作用意義

由於南極大陸的冰蓋厚度深達幾百至幾千米,而且氣候極其寒冷,成冰過程中無融化現象,因而,冰川學家在研究南極大陸冰蓋的年齡及其形成的歷史過程時,採用了鑽取冰岩芯樣品的方法來測定冰川的年齡和形成過程。 他們發現,從冰川的冰岩芯樣品中,不僅能測定冰川的年齡及其形成過程,還可以得到相應歷史年代的氣溫和降水資料,以及相應年代的二氧化碳等大氣化學成分含量,開闢了恢復古氣候和古環境的新的道路。
記載表明,從南極大陸冰蓋獲取的冰岩芯樣品,至今已超過2 000米,獲得了15萬年以前的古氣候和古環境資料。
怎樣從冰岩芯中獲取古氣候和古環境資料呢?
首先,談談怎樣獲取冰齡的資料。南極大陸冰蓋是由積雪本身的重量長年擠壓而成,稱作重力冰。在南極地區,由於氣溫低,積雪不融化,每年的積雪形成一層層沉積物,年覆一年,從底部至上逐漸形成一層層的冰層,越向上年代越新。冬季氣溫低,雪粒細而緊密;夏季氣溫高,雪粒粗而疏鬆;因而,冬夏季積雪形成的冰層之間具有顯著的層理結構差異,宛如樹榦的年輪一樣,用這種直觀的方法只可辨認約90米厚的冰層,代表近500年的冰沉積。

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4測定方法

要測定100米以上深度的冰層年齡,必須採用氧同位素方法。
所謂氧的同位素,即同屬氧元素(O)但具有不同質量數的氧原子,如氧16,氧17和氧18就是氧的三種同位素。氧元素符號左上角的數就是它的質量數,顯然,氧18的質量大於氧16。氧18不易蒸發,氧16易蒸發。因而,在夏天高溫時,水中所含16減少,故18/16的值增加;冬天低溫時,氧18/氧16的值減小。據此,測定冰岩芯中各冰層的氧18/氧16值的變化,即可確定冰層的年齡,其比值的每一起伏為一年。
有了冰層的冰齡資料,再進一步確定各冰齡的氣溫和降水,便有了歷史氣候的最基本資料了。
原則上,可以根據各年冰層厚度來確定當年降水量。其條件是,必須選取風速很小地區的冰岩芯資料才能排除風吹雪的影響。如在南極內陸區域,由於風速小,冰芯資料最理想。
用冰岩芯提取古代氣溫資料的方法,可通過如下途徑來進行。
首先,實際測定一組現代南極冰蓋上某點的氣溫以及相應時間降雪中18 O/16 O的值,得到南極地區氣溫與18 O/16 O值關係的曲線;之後,把過去某一年冰層中18 O/16 O值與上述曲線比較,即可知道當年的氣溫。
原蘇聯科學家利用這種方法,測定了南極東方站0~2 038米的冰岩芯樣,從中提取了15萬年以來全球氣溫的變化資料。獲取古環境資料的方法可根據不同的大氣化學成分而定。
二氧化碳與氣候的密切關係,早為世界關注。因此,獲取二氧化碳歷史資料的問題首先得以提到日程。
在南極地區降雪堆積並擠壓成冰層的過程中,總會保留下冰間空穴,保存著當年的空氣。在分析冰岩芯樣品時,分析冰芯中滯留氧泡的大氣化學成分,即可測得其二氧化碳的含量。有了上述測定冰齡的前提,二氧化碳的歷史演變資料即可得到。
依照同樣方法,還可分析得到諸如甲烷、氮等氣體的歷史資料。
從冰岩芯樣品中還可分析其他各種元素成分的歷史資料,如硫,砷,氟,鉀……這些都是研究環境變化的重要依據。同鑽取冰岩芯樣品分析古氣候和古環境資料的思路一樣,從南極地區的湖底沉積中鑽取岩芯,也可得到古氣候和古環境的歷史資料。

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5南極環境

南極洲,位於南極點四周,為冰雪覆蓋的大陸,周圍島嶼星羅棋布。南極洲的面積,包括南極大陸及其島嶼面積共約1 400萬平方千米,佔世界陸地面積的10%,與美國和墨西哥面積之和相當,是中國陸地面積的1.45倍,是澳大利亞陸地面積的2倍,為世界第五大陸。
南極洲四周圍繞著多風暴且易結冰的南大洋,為大西洋、太平洋和印度洋的延伸,面積約3 800萬平方千米,為方便研究,被稱為世界第五大洋。
南極洲距離南美洲最近,中間隔著只有970千米的德雷克海峽。距離澳大利亞約有3 500千米;距離非洲約有4 000千米;與中國北京的距離約有12 000千米。
南極洲是由岡瓦納大陸分離解體而成,是世界上最高的大陸,平均海拔2 350米。橫貫南極山脈將南極大陸分成東西兩部分。這兩部分在地理和地質上差別很大。東南極洲是一塊很古老的大陸,據科學家推算,已有幾億年的歷史。它的中心位於難接近點,從任何海邊到難接近點的距離都很遠。
南極洲有藏量豐富的礦物資源,目前已經發現的就有220多種,包括煤、鐵、銅、鉛、鋅、鋁、金、銀、石墨、金剛石和石油等。還有具有重要戰略價值的釷、鈈和鈾等稀有礦藏。據科學家估計,在羅斯海、威德爾海和別林斯高晉海蘊藏著150億桶的石油和3萬億立方米的天然氣。南極洲煤的蘊藏量大約有5 000億噸。在東南極洲的維多利亞地以南煤的蘊藏量極為豐富,煤田面積達2萬平方千米。
在南極大陸的岩石或陡坡上惟一發現到的植物是最低等的植物,它們面北朝著太陽生長。生物學家在大陸的邊緣及附近的島嶼,已經發現約400種不同的苔蘚植物。在南極洲最溫暖的南設得蘭群島以外和南極半島的北部,也發現了兩種粉紅色的顯花植物。在夏天解凍的池塘里,還發現了200種淡水藻類。在雪地上也有藻類生長。
南極地區的動物主要有鯨、海豹和企鵝。它們從陸地周圍的海水中覓取食物。在20世紀50年代,南極海域的捕鯨量曾達到世界捕鯨量的70%左右。所捕獲的最大藍鯨,身長37.8米,為目前所知世界上最大的動物。南極海域生產名貴毛皮的海豹慘遭捕殺,現有6種海豹。生活在南極地區的企鵝有4種,即帝企鵝、阿德利企鵝、金圖企鵝和帽帶企鵝。帽帶企鵝大部分分佈在南極半島。帝企鵝體型最大,高約122厘米,重達41千克;阿德利企鵝是南極洲最常見的鳥類,高約48厘米,重約5千克。南極洲的許多島上也有其他種類的鳥,包括雪鳥、信天翁、海鷗、賊鷗和燕鷗。南極洲還有一些不會飛的昆蟲。在南極點的483千米範圍內發現有粉紅色的小蟲生長。南極海域的特色之一是浮游生物如甲殼動物豐富,其中磷蝦的蘊藏量就有10億~50億噸。有些科學家認為,如果每年捕獲1億~1.5億噸,不會影響南大洋的生態平衡。
南極大陸的98%被冰雪覆蓋著。經過科學家多年的測量計算,南極冰蓋的總體積為2 800萬立方千米,平均厚度為2 000米,最大厚度為4 800米。最厚的冰蓋位於東南極洲的澳大利亞凱西站以東510千米處。南極大陸常年被冰雪覆蓋著,使得南極大陸,特別是東南極洲形成一個穹狀的高原,平均高度為2 350米,成為地球上最高的大陸,比包括青藏高原在內的亞洲大陸的平均高度要高2.5倍。但是如果不計這巨大的冰蓋,南極大陸的平均高度僅有410米,比整個地球上陸地的平均高度要低得多。南極洲的冰和雪是世界上最大的淡水庫,全球90%的冰雪儲存在這裡,占整個地球表面淡水儲量的72%。南極洲有眾多的冰川。其中,蘭伯特冰川是世界上最大的冰川,這條冰川充填在一條長400千米、寬64千米、最大深度為2 500米的巨大斷陷谷地中。它以每年平均350米的流速流注入海。南極洲四周的冰障有10多座。在羅斯冰架臨海的羅斯冰障長達900千米。平均高出海面50米,是南極洲最大的一座冰障。據專家測定,冰障在不斷地移動,羅斯冰障的前端一般每天移動3米,最快達4米。在南極大陸的毛德皇后地和阿黛利地的冰舌,向海中伸出100多千米,寬度達50多千米,高度20~30米。由於海冰從海岸向大洋延伸,南極大陸面積冬季和夏季相差甚大。科學家測定,在格林尼治子午線上,夏季南極大陸的直徑為3 600千米,而冬季可達5 400千米。

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6結構特點

南極冰蓋是由終年不化的降雪逐漸堆積而成的,屬於極地大陸冰川類型,它的主要特點是溫度低,雪的積累量和消融量都比較小,而且從新的積雪轉換成冰的過程非常緩慢,因此冰蓋相對比較穩定。其下層的積雪在上層積雪的重力作用下,被壓實排氣后發生重結晶作用,從而形成了堅硬的冰。南極冰蓋的冰和其他淡水冰最大的區別是它們未經過融溶,還含有大量的氣體,因此,它保存著完整的層狀結構。
遠看南極冰蓋,由於積雪凍結得非常結實,看到的是一片光滑平坦的冰原。但事實上,冰蓋的表面並不光滑。由於冰川是運動的,在冰川的運動中形成了許多分離的小冰川,並攜帶走了大批由碎石岩塊和冰融水混合而成的冰漬石,流動時,就像一把把銳利的銼刀刻蝕著地面,使地面形成了許多盆地和溝槽。南極的風也是天然的雕刻家,它將雪吹成幾十厘米到一米左右的冰雪脊樑,從而使表面看似寧靜的冰原卻處處充滿了陷阱。
由於冰蓋具有流動性,所以,儘管南極冰蓋持續不斷的接受者降雪的沉積,而冰蓋規模卻並沒有無限制地增加。南極的冰蓋在重力作用下,還會發生塑性變形,並且不斷地向沿岸低海拔低地方流動。此外,冰蓋底部由於基底溫度的作用,以及高壓下冰的熔點降低,使得冰蓋底部的冰發生融化,形成一個潤滑層,由此促進冰蓋底部的流動。而且,冰蓋表面的傾斜度和冰體的厚度也在很大程度上影響著冰蓋表面的運動速度。據觀測資料表明,南極的冰蓋正在以每年幾米甚至幾百米的速度向低海拔的方向流動。
像其他大陸一樣,南極大陸的總體地形也是由內陸中央向沿海降低的。南極冰蓋在重力的作用下始終處於不斷運動的狀態,並且,由內陸中央緩慢地向沿海方向移動,在海灣地帶突入海洋,形成冰架。當冰架上的冰繼續向深海方向流動時,就會發生崩解作用,然後形成一座座冰山飄向大海,直至融化。
南極冰蓋並不像我們想象的那樣全部是冰,南極的冰蓋只在沿岸冰川如海的地方和內陸某些出現裸露岩石的部位才能見到成冰。南極冰蓋的上面,覆蓋著近百米厚的積雪層,其表面仍然在不斷地接受降雪的沉積,下層的積雪在重力的壓迫下不斷地轉化成冰。而且,這種雪轉化成冰的作用現在仍然在持續不斷地進行著。
在南極冰蓋上的積雪層中,包含著兩個重要的界面,其一是表面與大氣相接所形成的雪——氣界面;其二是深部與成冰相接所形成的雪——冰界面。在這裡,大氣、雪、冰之間廣泛地進行著的物質與能量的轉換,而這種轉換,就是通過這些界面來實現的。
大氣中的水蒸氣凝結成雲,然後通過降雪的沉積來到冰蓋表面。降雪中的化學成分及固體顆粒能夠反映出大氣循環的特點,而水中氧同位素的組成,可以反映當時的氣溫情況。因此,如果南極上空的水汽降落在冰蓋表面,而在其沉積作用過程中並沒有發生變化,那麼,不同年份和季節的積雪層內就能夠保存住當時的大氣環流特徵與氣溫記錄。在冰蓋積雪層轉變成冰的過程中,雖然也經歷了許多複雜的過程,但它或多或少地保存著原始的雪在沉降過程中的許多特點。由此,我們可以看到,全球氣候與環境變化的記錄在南極冰蓋的冰層中得以完整地保存下來了。科學家也這正是依據這一點,以南極冰蓋中的冰層為研究對象,來研究地球氣候的歷史的。
降雪在南極冰蓋上的堆積主要取決於風場和雪表面的微形態。由於南極是個寒冷的地區,降雪並不會融化,而是在風力的作用下發生一定程度的搬運,最後在合適的地方沉積下來。在強風場的地區,雪不容易堆積,在有突起的斜坡地帶,雪也不容易堆積。因此,南極冰蓋上雪的堆積並不是均勻的,在風小的或者是比較平坦的地方,雪可以連續不斷地堆積下來;而在風大的或者是斜坡地帶,雪的堆積卻是不連續的。為了研究氣候變化與南極冰蓋的關係,有必要觀測和分析冰蓋降雪沉積的速率、積累量以及冰蓋的運動速率等問題。對於南極的探索是無止境的。

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7移動島嶼

在南極周圍的海洋——南大洋中,漂浮著數以萬計的冰山,其體積之大,數量之多,遠遠超乎人們的想象。
冰山和浮冰不同,浮冰是海水凍成的海冰,冰山卻是從南極冰蓋分離出來的。每年都有數以萬計的冰山從陸緣冰的邊緣分裂出來,成為南極海域獨具特色的象徵。據統計,南大洋的冰山大約有218 300座,平均每個冰山重10萬噸。
南大洋的冰山一般長几百米,高出海面幾十米。大的冰山長度達到170千米。有的台狀冰山高出水面達到450米。1956年美國人觀測到一座罕見的大冰山,長333千米,寬96千米。這樣巨大的冰山,難道還不是移動的島嶼嗎?實際上,它的面積遠遠超過了大洋中的一些小島。像1987年10月初,羅斯冰架斷裂出一座冰山,長140千米,寬約40千米,高出水面225米,它的面積達到6 400平方千米。
冰山,在海上看起來似乎是靜止的,實際上它在移動,隨著海流的方向移動。由於南大洋的冰山體積大,海面溫度低,一般壽命可以維持10年左右才會慢慢消融,而北冰洋的冰山平均壽命僅有2~4年。
南大洋飄泊的大量冰山,雖然美麗壯觀,給大洋增色不少,但是對於航行在海上的船隻來說,冰山始終是可怕的威脅。尤其是在大霧迷漫、能見度很差的天氣,或者是夜航期間,船隻必須小心翼翼地避開冰山。現代化的考察船和其他船隻,配備了雷達裝置,能夠及時發現冰山,因而減少了和冰山相撞的危險。
白色的沙漠
南極是世界上最乾燥的大陸。
不同於撒哈拉大沙漠高溫少雨的典型熱帶沙漠氣候,南極大陸的乾旱卻是因為低溫寒冷造成的。據觀測記錄,整個南極大陸的年平均降水量只有55毫米。降雨量的多少從沿海向內陸呈明顯下降的趨勢。沿海地區,冷暖氣流的交匯,降水量較多,每年可達300~400毫米,但這些降水量較多的地區都處在南極大陸的邊緣。南極大陸由於覆蓋廣袤的冰原,它的上空常年為高壓冷氣團控制,從海洋上吹來的暖濕氣流根本無法進入南極內陸,而且在寒冷冰原上空的冷空氣異常乾燥,含有的水蒸氣極少,所以越往南極內陸,降水的機會越少。年平均降水量只有30毫米,南極點附近只有5毫米,幾乎沒有降水現象。
由於氣候寒冷,南極大陸降下來少量的水,也不是液態的雨水,而是紛紛揚揚的雪花或雪粒。除了南極半島北端以及較低緯度的一些島嶼,在暖季有降雨現象,整個南極大陸實際上看不見降雨。到南極大陸進行科學考察的科學家,最明顯的感覺是空氣乾燥,在最初的頭幾個星期,差不多所有的人嘴唇都會幹裂。
正因為如此,人們把南極大陸稱作白色的沙漠。
極度的乾燥,使各國科學站對防火視為性命攸關的大事。因為他們知道,乾燥,加上風大,哪怕有一點點小火星,都會釀成難以挽回的大禍。澳大利亞在南極大陸東部瀕臨紐康姆灣的凱西站,就曾在一場大火中毀於一旦。
為了防禦可能發生的火災,各國科學站的房屋都注意保持一定的間隔,對易燃物品如木料、油桶的存放尤其小心。中國南極長城站的各棟房屋之間都保持相當距離,貯存燃料的油庫特意建在距離站區很遠的海濱高地,這都是預防火災的措施。此外,各國都十分重視建築材料的防火性能,中國在南極建成的第一個科學站——長城站,室內的天花板、四面的牆壁採用的是石膏板,室內地板、房門和地毯也經過防火處理,目的都是為了杜絕火災事故。有「南極第一城」之稱的美國麥克默多基地對防止火災也很重視,不僅對每個新來乍到的人反覆進行防火教育,基地還有一支專職的消防隊,所有的電話機上都標有火警的電話號碼,以防萬一。
南極的各國科學站如此重視防止火災,不是沒有原因的,這不僅是因為南極是地球的風極,大風的天氣會容易釀成火災,而且南極是世界上最乾燥的大陸,又缺乏水源,一旦著火,必定造成可怕的災難。
殺人風
在南極考察隊員中流傳一句:南極的冷不一定能凍死人,南極的風能殺人。
南極被稱作世界的「風極」,有人稱南極是「暴風雪的故鄉」。而寒冷的南極冰蓋則是孕育暴風的產床,它像一台製造冷風的機器,每時每刻都用冰雪的軀體冷卻空氣,孕育風暴。由於南極大陸是中部隆起向四周傾斜的高原,一但沉重的冷空氣沿著南極高原光滑的表面向四周俯衝下來,頓時狂風大作,天昏地暗,一場可怕的極地風暴便大施淫威了。這時,雪冰夾帶著沙子從滑溜溜的冰坡鋪天蓋地滾來,簡直像一道無形的瀑布,像一股飛奔而來的洪流,人在暴風中不過像迅猛流水中的一片葉子和一粒石子,休想站住腳。日本的一位考察隊員就在暴風雪中被吹得卡在冰柱中失去了生命。
那麼南極的風究竟有多大呢?
我們通常所說的12級颱風,風速達到32.6米/秒,可南極的狂風常常超過12級颱風。在南極半島、羅斯島和南極大陸內部,風速常常達到55.6米/秒以上,有時甚至達到83.3米/秒!
在南極的各國科學站,都經常遇到暴風襲擊的情景。尤其是寒冷而黑暗的冬季,呼嘯的狂風,將房屋摧毀,推倒通訊鐵塔,捲走車輛,甚至將一座科學站變成一片廢墟的事時有發生。
因此,為了考察人員的安全,南極各國科學站都有嚴格規定,大風時絕對禁止外出,一切室外活動都是不能允許的。平時外出一定要兩人結組同行,並給每人一個登山包,裡面裝高頻電話、食品、鴨絨睡袋、海綿墊、鐵鏟等物品,以維持個人的生存。在各國南極科學考察站周圍,都建有大小不一的「避難所」。裡邊備有食品、飲料、燃料、通訊設備、小型發電機、取暖爐、睡袋等日常生活必需品。在外考察的科學家一旦碰上突如其來的暴風雪,一時又趕不回站的,均可就近躲進避難所。避難所的門是不上鎖的,也不分國籍,「南極人」可以進任何國家的避難所食宿,離去時只需留字致謝。
為了保障考察人員不致迷失方向,科學站的主要建築物之間的道路上,必須埋設標樁,拉上粗粗的繩子。遇上暴風雪時,隊員們可以扶著繩索行走,以防被暴風雪颳走。所以南極考察隊員把這些繩索叫做「南極救命繩」。
奇寒
南極是世界上最寒冷的地方,堪稱「世界寒極」。南極點附近的平均氣溫為-49°C,寒季時可達-80°C。
南極沒有春夏秋冬四季之分,只有暖季和寒季之別。即使是11月到次年3月的暖季,南極內陸的月平均溫度也在-34°C~-20°C之間。至於每年4月到10月的寒季,南極內陸的氣溫一般在-40°C~-70°C之間。
如此寒冷的天氣對人類和一切生命都是可怕的威脅。在南極,因寒冷而凍傷致殘的事例是經常發生的。
美國國家科學基金會為南極考察隊員專門編寫的《南極生存指南》特別警告:「如今的南極作業,面部凍傷(組織凍傷)是最常見的,而手、腳和其他暴露皮膚的部位也會凍傷。」
南極為什麼會這樣寒冷呢?這是由於南極冰蓋猶如一面巨型反射鏡,把太陽輻射的熱量的90%反射回宇宙空間的緣故。在南極的寒季,太陽幾乎很少露面,南極的大地吸收的熱量微乎其微,但是到了暖季,雖然太陽終日在地平線上徘徊,可是,雪白的冰蓋表面又拒絕接受太陽的熱量,結果南極終年是九天寒徹、大地封凍的荒涼景象。
《南極條約》和保護南極條約體系
《南極條約》是由美國、蘇聯、英國、法國、日本、比利時、挪威、紐西蘭、澳大利亞、阿根廷、智利和南非等12個國家於1959年12月1日在華盛頓簽訂的,1961年6月23日生效。該條約共14條,主要內容是南極的利用只限於和平目的,禁止進行一切軍事活動和任何核爆炸或處理放射性廢物等。中國於1983年5月9日加入南極條約組織,1983年10月7日被接納為協商國。
《南極條約》的簽署,對緩和有關國家對南極的領土紛爭,促進各國在南極考察方面的合作,發揮了重要的作用。為了保護南極的資源和生態環境,南極條約協商國又於1964、1972、1980年先後簽訂了《保護南極動植物議定措施》、《南極海豹保護公約》和《南極生物資源保護公約》。1988年6月又通過了《南極礦產資源活動管理公約》的最後文件。《南極條約》和上述公約以及歷次南極條約協商國通過的140餘項建議措施,被稱為南極條約體系。

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