中国第41次南极科考中的地理知识
中国第41次南极科考中的地理知识
2024年11月1日，"雪龙"号与"雪龙2"号破冰船驶离广州南沙港，劈波向南，中国第41次南极考察队正式开启为期7个月的科考征程。此次科考不仅要完成第五座南极科考站——秦岭站的"精装修"，还将围绕气候变化对南极生态系统的影响展开深度研究。今天，来谈谈这次"南极操作"背后的地理考点。
图1 "雪龙"号与"雪龙2"号出征 | 图源新华网
秦岭站：罗斯海沿岸的"南十字星"
2024年2月，中国第五座南极科考站——秦岭站（原为罗斯海新站）正式建成，填补了罗斯海域（位于太平洋扇区）的观测空白。俯瞰秦岭站，主体为南十字星造型。其建筑形态与当地环境密切相关：
- 主体建筑长轴与主导风向一致，可减少风雪堆积。
- 底层抬高3米，可防止积雪掩埋。
- 外部墙体采用航天级相变材料，白天吸热储能，夜晚释放热量。
相变材料：相变是指物质状态转变的过程（涉及固、液、气三态变化）。相变材料是指在特定温域发生相变时能吸收或释放大量热量的材料，可广泛应用于建筑保温、冷链冷库、新能源和电子设备热管理等领域。
图2 秦岭站实景图 | 图源新华网
中国南极秦岭站建设采用装配式模块化技术，在国内工厂预制建筑单元后，通过货轮运输至南极。现场利用北斗定位系统实现毫米级精准吊装，如同拼搭巨型积木，仅用180天便完成主体结构建设，极大提高了施工效率。
气候研究——冰芯
为破解地球气候的密码，科学家们对冰盖不断探索，寻找大自然留下的气候环境档案。南极因冰层深厚、人类活动干扰少、积雪纯净度高等特性，成为研究全球气候演变的理想样本。
图3 野外现场作业图片 | 图源网络
在第40次考察期间，科考团队在中山站以南约25千米处通过热融钻探技术穿透数百米地下冰层，获取连续冰芯样品和0.48米的冰下基岩样品。
图4 冰芯与冰下基岩图片 | 图源吉林大学
冰芯：指冰盖上钻孔获得的连续冰层。如同树木的年轮，储存过去上万年的气候信息。
2025年2月，中俄联合科考队在东南极伊丽莎白公主地冰盖末端，通过自主研发的测井仪器完成冰盖钻孔测温作业，首次获取从冰面到冰层底部不同深度的温度剖面数据及冰川运动参数。结合冰芯记录，研究团队可重建冰盖物质演化过程，推断南极百万年来气候变迁的规律。
图5 部分国家科考站示意图 | 图源网络
图6 测井仪 | 图源央视新闻
冰芯年龄测定
极地冰芯有层理结构，越上层年代越新。而且冬、夏的降雪特性存在季节差异，冬季降雪量少但雪粒细密紧实，夏季降雪量多且雪粒疏松多孔，这种降雪颗粒粗细差异在冰芯剖面上形成清晰的季节纹层。
图7 冰芯层理彩绘示意图 | 图源网络
图8 南极冬夏季降雪差异图 | 图源网络
通过冰芯层理，科学家能精确推算冰层年龄，推算气候变化周期，每层厚度还能反映当年降雪量大小。
大气成分分析
冰芯中有许多气泡，这源于雪降落在冰川上，慢慢压实成冰，也把当时的空气封闭在里面。
图9 冰芯示意图 | 图源网络
这些气泡保存古代大气样本，揭示CO₂、CH₄等温室气体的浓度变化，根据二氧化碳浓度的变化可以分析全球气候的温度变化。
稳定同位素
科学家通过钻取冰芯，建立 "同位素——温度" 转换模型。提取冰芯样品中的水分，检测出南极冰芯里的水分子（H₂O）含有氢、氧的稳定同位素，这种水稳定同位素可以反映温度的高低，由此可判断当时环境状态。
水稳定同位素：水（H₂O）分子中的氢和氧存在稳定同位素形式，水稳定同位素可以作为一种天然的示踪剂，用于研究水循环过程。通过分析降水的同位素组成，可以追溯其来源路径，了解大气环流和水汽输送的情况。
小结：
- 冰层年龄测定：通过冰层年轮（季节沉积差异）推算气候变化周期。
- 大气成分分析：冰层气泡保存古代大气样本，揭示CO₂、CH₄等温室气体变化。
- 水稳定同位素：反映温度的高低（如小冰期、火山爆发）。
正是这些多维度的气候记录，使冰芯成为全球变化研究的核心载体。冰芯具有保真性强（在低温环境保存信息的能力）、信息量大（可反映温度、降水、大气化学成分、火山喷发、植被状况、海平面变化、太阳活动）、分辨率高（可精确到年）以及纪录时间尺度长（可达几十万年）等优点，因而在全球变化研究中，冰芯研究是一个备受关注的重要领域。
罗斯海：南极生态系统调查
罗斯海位于南极大陆东部，毗邻世界最大冰架——罗斯冰架，是南大洋第二大边缘海。
图10 罗斯海地形示意图 | 图源北斗地图
边缘海：又称"陆缘海"，是位于大洋边缘，以半岛、岛屿或群岛与大洋分隔，仅以海峡或水道与大洋连的海域。
今年3月，科研团队继续在罗斯海开展生物生态、水体环境、大气环境及污染物分布综合调查监测。
科考为何锁定罗斯海?
罗斯海具有极高的科研价值。
- 万年冰芯揭露地球气候演变。
- 营养涌升流支撑南极磷虾核心产区。
- 海洋生物多样性丰富，生态网完整。
- 罗斯冰架的动态关联全球海平面变化，被誉为"气候变化的警报器"。
磷虾种群调查
科考队还在罗斯海开展磷虾种群调查，相关数据显示，南极磷虾数量庞大且繁殖速度快，多个国家共同制定了《南极公约》和《南极海洋生物资源养护公约》，允许各国限额捕捞。磷虾被广泛应用于食品、保健品（磷虾油）、动物饲料（磷虾粉）等多个产业发展领域。
罗斯海域有这么多磷虾，这和大洋环流与大气环流有密切关系。极地东南风推动罗斯海表层形成西向沿岸流，与西风漂流交汇扰动海水；此外，南极沿岸流受极地东风的影响，表层海水流走后，深层海水上泛，将深海营养物质带到浅海水层，浮游生物大量繁殖，为磷虾提供丰富饵料。
同时，人类也要警惕污染物通过大洋环流与大气环流进入生物循环。污染物通过大气环流（如工厂排放出的挥发性有机污染物随气流迁移至南极沉降）和大洋环流（如微塑料随洋流进入南极海域）进入南极后，会被浮游生物和藻类吸收，随后在磷虾摄食过程中累积。
南极磷虾是南极食物链基石，污染物（如汞、微塑料、有机氯农药）通过生物放大效应逐级富集，最终可能会导致顶级捕食者（企鹅、鲸类）体内毒素浓度剧增，继而引发生殖障碍、免疫力下降等健康问题，威胁南极生态系统的稳定性。
图11 南极磷虾食物链示意图 | 图源网络
中国第41次南极科考，为研究南极生态演变取得重要数据。从1985年建成长城站到形成"五站两船一飞机"科考体系，四十一年发展的历程，见证着我国科研者对未知的永恒求索。
参考文献：
[1]姚檀栋,秦大河,王宁练,等.冰芯气候环境记录研究：从科学到政策[J].中国科学院院刊,2020,35(04):466-474.DOI:10.16418/j.issn.1000-3045.20200303001.
[2]效存德.翻阅天书:南极冰芯述说的地球往事[J].人与生物圈,2017,(Z1):18-22.
[3]水钰.皑皑白雪下的"无字天书"——南极冰芯[J].科学大众(中学生),2017,(04):14-16.
[4]南极冰芯含过去大规模气象变迁痕迹[J].科学家,2017,5(05):41.