南極地質(zhì)大發(fā)現(xiàn)

馬志飛

提起南極洲，大家的腦海中總會想起白茫茫的冰雪、刺骨的寒風(fēng)以及那些可愛笨拙的企鵝。那里是地球上最寒冷的地方，也是最荒涼孤寂的大陸，人稱“冰雪高原”或“白色沙漠”。南極洲有超過98%的地域都被冰川覆蓋著，冰層最厚處超過4000米?？墒窃谶@厚厚的冰層之下，到底隱藏著怎樣的秘密？我們究竟該如何探究南極的地質(zhì)情況呢？

探險(xiǎn)之旅：發(fā)現(xiàn)未知世界

1841年，英國著名探險(xiǎn)家詹姆斯·克拉克·羅斯爵士率領(lǐng)船隊(duì)前往南極探險(xiǎn)，起先他們所見的除了一望無際的大洋就是白色的冰雪，刺骨的寒風(fēng)緊緊地包圍著船隊(duì)。忽然，他們遠(yuǎn)遠(yuǎn)望見一座島上竟然冒著閃亮的火光，原來，這是南極洲的火山噴發(fā)了。后來，羅斯爵士將這座島嶼命名為“羅斯島”，并用他的探險(xiǎn)隊(duì)中一條船的名字將火山命名為“埃里伯斯火山”。而在希臘神話中，“埃里伯斯”是黑暗之神的名字。

南極洲地理位置偏遠(yuǎn)，人跡罕至，盡管歷史上曾經(jīng)有過多次火山噴發(fā)，但很少被人類記錄下來。在1893年，挪威人拉爾森在南極探險(xiǎn)時(shí)曾記錄下火山活動的場景，但很多人并不相信，甚至還有人說他描述的那些火光和煙霧只不過是天邊的云彩而已。后來，隨著越來越多的探險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)，人們才逐漸接受南極洲存在火山的事實(shí)。

埃里伯斯火山是地球上最靠南的火山，它形成于130萬年前，海拔高度為3794米，是世界上僅有的幾座持續(xù)噴發(fā)的活火山之一。從它被發(fā)現(xiàn)至今，山頂?shù)娜蹘r湖就一直不停地在“咕嘟咕嘟”冒泡，向外釋放著難聞的含硫氣體。盡管我們看不到紅色滾燙的熔巖流，但從火山口的熔巖湖里時(shí)不時(shí)地會迸射出長達(dá)兩三米的火山彈，以此告誡我們其內(nèi)部蘊(yùn)藏著巨大的能量。

1908年，英國著名的南極探險(xiǎn)家沙克爾頓率領(lǐng)探險(xiǎn)隊(duì)花了五天半的時(shí)間成功登頂埃里伯斯火山。一路上，他們經(jīng)歷了暴風(fēng)雪的襲擊，幾乎寸步難行，不得不躲在睡袋里，一天一夜沒有水喝，身體虛弱得幾乎要崩潰。其中一名探險(xiǎn)隊(duì)員還因凍傷而失去了一根腳趾頭。

羅斯爵士、拉爾森以及沙克爾頓是無數(shù)探險(xiǎn)家中的杰出代表。自從人們發(fā)現(xiàn)南極洲以來，很多國家的探險(xiǎn)家紛紛來到這里，用腳步丈量這個(gè)鮮為人知的世界，很多人在這里獻(xiàn)出了寶貴的生命。正是由于他們的努力，使我們逐漸認(rèn)知了南極。在這極寒之地竟然存在“冰火兩重天”的自然奇觀，這至少已經(jīng)向我們說明了南極絕非簡單的冰雪之地，其下可能埋藏著各種巖石和高低起伏的山巒，甚至還有神秘的湖泊。

科學(xué)考察：刷新傳統(tǒng)認(rèn)知

1903年，一位探險(xiǎn)家在南極發(fā)現(xiàn)了一處很奇怪的地方，他曾記錄道：“山谷是褐色的，到處都是粗砂和礫石，沒有植物，看不到任何生命的跡象，甚至連苔蘚和地衣都沒有?！边@位探險(xiǎn)家將它稱作“死亡谷”，即現(xiàn)在的“泰勒干谷”。它長為33千米，寬為12千米，海拔在1000～2000米之間，山谷中幾乎沒有冰雪，谷底覆蓋著大量的卵石和礫石，都是花崗巖、大理石、輝綠巖、片麻巖等巖石風(fēng)化后的產(chǎn)物。此外，在某些地方還有大片的基巖裸露。

然而，像泰勒干谷這樣的可供地質(zhì)學(xué)家直接勘查的無冰區(qū)，在南極洲只是極小的一部分。而對于冰層之下的地質(zhì)情況，只能依靠間接的勘查和推斷，因而有科學(xué)家甚至認(rèn)為我們對南極地質(zhì)的了解比對火星的了解還要少。盡管如此，在一代又一代科學(xué)家的不懈努力下，依然取得了很多重大發(fā)現(xiàn)，不斷刷新著我們對南極洲的傳統(tǒng)認(rèn)知。

近幾十年來，科學(xué)家們使用先進(jìn)的雷達(dá)技術(shù)探測南極洲冰層之下的基巖地形，其原理就是向地下發(fā)射電磁波脈沖，然后對從基巖反射回來的電磁波進(jìn)行分析，從而判別基巖的埋藏深度。

2016年1月，中國第32次南極科學(xué)考察隊(duì)取得了多項(xiàng)重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，其中一項(xiàng)就是利用雷達(dá)探測技術(shù)發(fā)現(xiàn)東南極伊麗莎白公主地的冰蓋底部存在著一條巨大的峽谷。它的長度超過1000千米，頂部的最大寬度超過25千米，深度超過1500米，被稱為“迄今地球表面發(fā)現(xiàn)的最大峽谷”。

據(jù)2019年12月15日英國媒體報(bào)道，加利福尼亞大學(xué)歐文分校的研究人員在對南極洲東部登曼冰川覆蓋的長100千米、寬20千米的峽谷深處探測時(shí)，雷達(dá)只能接收到峽谷兩壁的反射波，卻接收不到谷底的反射波。后來，他們根據(jù)測量結(jié)果、衛(wèi)星圖片和有關(guān)氣候數(shù)據(jù)綜合分析計(jì)算后，得出了一個(gè)結(jié)論：該峽谷的最深處位于海平面之下3500米，而且里面充滿的并不是海水，而是冰。這也就意味著該峽谷最深處是目前已知地球上的陸地最低點(diǎn)。而此前我們傳統(tǒng)的認(rèn)知是，地球上的陸地最低點(diǎn)是位于西亞的死海，它的湖面低于海平面400多米。

冰下湖是南極洲的另一種奇特的地質(zhì)現(xiàn)象。它們位于大型冰蓋的底部，水體呈液態(tài)，其成因可能與地?zé)嶙饔眉吧蠈颖w的保溫作用有關(guān)。自從20世紀(jì)60年代英國科學(xué)家在南極洲發(fā)現(xiàn)冰下湖以來，現(xiàn)已確定了100多座。其中，最大的一座為沃斯托克湖，它的長度約為250千米，最寬處約50千米，湖水最深處超過500米。俄羅斯科學(xué)家在沃斯托克湖的上方冰蓋打下鉆孔，取出了長達(dá)3623米的冰芯?？茖W(xué)家根據(jù)冰芯中保存的氣泡推斷出歷史上的二氧化碳含量及溫度變化等信息，并由此推測沃斯托克湖可能已經(jīng)具有長達(dá)2000萬年的古老歷史了。

2016年1月，我國科學(xué)家在東南極伊麗莎白公主地的冰蓋之下，又發(fā)現(xiàn)了很多相互連通的冰下湖和冰下水道。其中一個(gè)冰下湖位于冰層之下4000米深處。另一個(gè)冰下湖的規(guī)模巨大，長度超過25千米。此外，我國科學(xué)家還繪制了南極洲的地殼厚度圖及巖石圈厚度圖，這對研究南極大陸地殼和上地幔三維結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造都起到了十分重要的作用。

未來研究：關(guān)注全球變化

關(guān)于南極的研究，仍有許多工作要做。未來的研究方向?qū)⒏鼉A向于對南極深部地質(zhì)以及氣候環(huán)境變化的探究，具體工作主要包括但又不限于以下3個(gè)方面：

首先是深部鉆探。鉆探是地質(zhì)勘探最直接的手段，通過提取并分析冰芯和冰蓋之下的巖芯，既能夠查明地下基巖類型、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造等基本信息，又有助于研究古氣候和古微生物情況。據(jù)媒體報(bào)道，2013年1月21日，中國深冰芯第一鉆在昆侖站深冰芯房正式開鉆，截至目前鉆探深度已推進(jìn)至800米，在未來將繼續(xù)朝著3200米的冰下鉆進(jìn)。2019年2月10日，我國第35次南極科考隊(duì)在東南極伊麗莎白公主地南極中山站附近成功鉆取到了冰下基巖。

其次是遙感衛(wèi)星探測。這種技術(shù)具有探測范圍廣、獲取資料快、信息量大等多種優(yōu)勢，能夠在短時(shí)間內(nèi)對廣域范圍內(nèi)的地形地貌進(jìn)行觀測。2017年，英國愛丁堡大學(xué)的科學(xué)家通過遙感衛(wèi)星和雷達(dá)技術(shù)，在南極洲一下子發(fā)現(xiàn)了91座火山，它們絕大部分都隱藏在冰蓋以下約2000米處，高度由100～3850米不等。而在2017年之前的100多年時(shí)間里，探險(xiǎn)家和科學(xué)家在南極洲發(fā)現(xiàn)的火山僅為47座。隨著遙感技術(shù)的不斷進(jìn)步和南極科考的不斷深入，科學(xué)家預(yù)測南極大陸及其附近海域?qū)懈嗟幕鹕奖话l(fā)現(xiàn)，那里可能是地球上火山最密集的區(qū)域。

最后，關(guān)注氣候變化及其對全球帶來的嚴(yán)重影響。南極科考的目的不僅僅在于認(rèn)識南極本身，更重要的是通過研究地質(zhì)歷史時(shí)期的氣候變化和環(huán)境變遷，探索南極冰蓋變化對全球的影響，以更好地保護(hù)南極環(huán)境，應(yīng)對全球氣候變化。

美國著名科普作家比爾·布萊森在《萬物簡史》一書中這樣寫道：“在過去50年的時(shí)間內(nèi)，南極洲周圍水域的溫度增加了2.5℃，冰蓋塌陷已經(jīng)大大加劇。這一地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)使得大規(guī)模的塌陷更有可能發(fā)生。一旦這種情況出現(xiàn)，全世界海平面將以很快的速度平均上升4.5～6米?！痹摃羞€總結(jié)了一句發(fā)人深省的話：“一個(gè)明顯的事實(shí)是，我們不知道未來的年代是一個(gè)嚴(yán)寒氣候，還是一個(gè)酷熱的氣候。只有一點(diǎn)是肯定的，我們生活在刀刃上。”