在全球沸腾时代,日本观测队探索南极"冰架"融化之谜
科学 自然与环境在"地球上最后的秘境"南极大陆,观测工作艰苦卓绝
南极大陆也被称为"地球最后的秘境"。自2023年12月起,日本第65次南极地区观测队(队长为国立极地研究所教授桥田元)的100名队员正在这片极寒之地进行着研究和调查。
大约在一年前,笔者也跟随第64次观测队踏足南极大陆,为富士电视台进行节目拍摄。海岸线上有海豹、企鹅和纯白的雪燕,大小不一的各种冰山漂浮在海面上,但一旦进入内陆,世界便发生了彻底的变化。眼前是一望无际的平坦冰原,没有植被,没有动物和昆虫,只有不断吹拂的风和在冰面流动着的雪发出的细碎声音。偶尔风停之时,便是一片寂静无声的世界。
即使在最温暖的2月,气温也低于零下15度,天气变化无常。有一次,当我们跟拍观测队员活动时,遭遇了一场暴风雪。风速达到每小时20米,由于没有任何东西可以抓住以稳固身体,差点被风吹走。如果运气不好,真的可能会被吹到很远的地方。最终,我不得不手脚并用爬回到雪地车上,这是一次恐怖的经历。我才明白,即使是经验丰富的队员,也随时可能送命。
尽管设备的现代化等因素使得南极观测变得更加安全,但在这个任何动物物种都无法定居的内陆地区活动依然十分恐怖。日常生活中就有无数烦恼,如眼睛周围因直射日光和冰面反射光而灼伤,以及极度干燥导致的指甲开裂和嘴唇裂伤等。特别是眼睛,如果摘下太阳镜工作半小时,第二天可能会因疼痛而无法睁开眼睛。观测队员们就是在这样恶劣的环境下坚持着工作。
日本被分配在"最最艰难之地"
日本的南极观测始于1956年。由于日本在二战结束后仅10年就宣布开始观测,西方国家的反应冷淡。分配给战败国的是东南极,被认为是当时的破冰船无法登陆的地方,属于最最艰难之地。
在众多企业和国民的支持下,由永田武队长领导的第1次观测队成功登陆了东南极的吕佐夫-霍尔姆湾(Lützow-Holm Bay),并建立了昭和基地。当时的南极观测船"宗谷"号目前在东京台场的船舶科学馆内展示。
次年的第2次观测队因为厚重的海冰而不得不放弃登陆。雪橇犬带着项圈被留在南极超过1年,但两只犬(太郎和次郎)奇迹般地存活了下来。整个日本为此欢欣鼓舞,这个故事后来被拍成了电影。
此后,日本观测队除了在昭和基地外,还在富士冰穹(Dome Fuji)基地(1996年开设)等地进行着活动。在第65次队伍到达之前,观测队首次发现了"臭氧洞",即保护地球免受紫外线辐射的臭氧层在南极上空变薄的现象,并在回收和研究陨石以及收集和分析冰芯(可以提供数十万年的气候变化信息的冰样)方面处于世界领先地位。
利用水下机器人,调查急剧融化的冰架
日本在东南极持续进行了约70年的观测活动,如今变得比以往任何时候都更加重要了。这是因为南极的大部分冰都位于日本基地所在的东部。
如果南极的冰盖(覆盖南极大陆的厚冰层)全部融化,世界海平面将上升约60米,其中上升50米的冰据说都位于东南极。这说明冰在这一地区是多么地集中。虽然此前认为东部的冰盖相对于西南极来说更为稳定,但这种情况正在发生变化。
笔者采访的第64次观测队的主要活动目标之一就是解明南极东部冰层融化的机制。参加该观测队的地质学家藤井昌和(国立极地研究所助理教授)、机器人专家山县广和(东京大学特聘研究员)和山本和(技术助理)的团队使用自主水下机器人对冰融化进行了实际状况调查,这在日本观测队是首次。
调查的目的是收集冰盖伸入海中的"冰架"底部融化速度的数据。
对南极冰融化量的计算主要基于卫星数据,通过测量冰的厚度,将其变薄的部分换算为已融化的冰层。然而,近年来发现,不是大陆表面的冰,而是冰架正在迅速融化,因为它们的底部被温暖的海水侵蚀。通过研究冰架下的洋流和海水温度,日本的观测队正试图通过计算冰融化所需的能量,来弄清冰融化的程度和速度。
在厚冰下进行机器人调查极为困难。由于电缆可能会被冰层卡住,导致无法回收机器人,因此必须采用无线方式。然而,在海中进行稳定的无线通信非常困难。
因此,机器人必须能够自主导航,即在检查周围环境(如海底地形)的同时,自行在水中移动。此外,在水温接近零下两度,以及机器人在浮出水面后可能立即结冰的环境中,精密电子设备会频繁发生故障。
研究团队逐一解决了这些反复出现的问题,终于成功利用自主水下机器人收集了冰下水温和海底地形的数据。
发现融化冰川的巨大漩涡
目前,第65次考察队也还在继续旨在探明南极东部冰川融化机制的活动。此外,日本计划未来对南极东部最大的托腾冰川(Totten Glacier)进行研究。根据卫星等数据,该冰川被确认为南极东部冰层融化最为严重的区域。如果该冰川完全融化,全球海平面预计将上升3至4米。
东京海洋大学副教授沟端浩平等人,在2017至2021年间与日美澳联合团队在托腾冰川附近进行的海洋观测的结果中发现,近海存在多个巨大的顺时针方向漩涡,这些漩涡正在将温暖的海水推向冰川。
这些漩涡的高度与海底到海面的高度相当,直径达150至200公里,且几乎始终在同一位置出现,不移动。只有通过更详细地研究海底地形,才能了解为何形成漩涡。
在南极大陆周边的海域中,可能还会发现其他类似的漩涡,发现的漩涡越多,就越容易预测冰层融化的速度。然而,被漩涡推动的暖水温度并非恒定,获取十年期的年际变化数据也是一大挑战。
因此,揭示冰架融化的海洋机制,准确掌握冰融化速度,有望提高未来海平面和气候变化预测的准确性。
采集百万年前的冰层,预测环境变化
除了探明南极东部冰层的融化机制外,日本在南极的研究重点还包括采集世界上最古老的冰芯。
冰芯是从南极大陆厚厚的冰盖中提取的柱状冰样本,它是一个封存了数十万年前空气微粒的"时间胶囊",可以用来推测当时的季节变化、气温和大气成分等。
2006年,日本从约3000米深的冰盖中提取了72万年前的冰,现在的目标是收集更加古老的100万年前的冰。钻探地点位于南极大陆内陆的富士穹顶基地附近,仅为确定钻探点就耗费了6年的时间。
该基地之所以命名为"富士",是因为该地区的冰层厚度约3700米,与富士山的高度相当。研究人员认为可以在约2700米深处能够钻取到100万年前的冰芯。
通过分析100万年前的气候,了解冰川期地球有多少面积被冰覆盖,以及在间冰期海平面上升了多少,从而预测当前气候变化造成的环境变化。
冰川期和间冰期的周期,在约160-120万年前是4万年,现在是10万年,两者有很大不同。通过采集100万年前的冰芯,有望探明这种周期变化利用了何种机制。如果一切顺利,计划将于2028年完成采集工作。
昭和基地附近海底的多彩生物
在2022年-2023年的第64次观测队中,京都大学副教授市川光太郎领导的研究团队进行了南极海洋生态调查,目前还在对结果进行分析。包括笔者在内的随行报道团队是首次利用水下无人机成功拍摄到昭和基地附近海底情况的电视台团队。通过这些画面,我们捕捉到了一个色彩斑斓、物种丰富的生态系统。
该团队捕获的其中一条鱼(南极特有种的伯氏肩孔南极鱼)嘴里含有大量鱼卵。市川及其团队正在研究"卵食"行为的可能性,这种情况常见于在营养匮乏的特殊环境中生存的生物所表现出的特征。
市川表示,像此次调查的海域这样的、生活在99%日光被阻挡的冰下的生物的研究案例几乎没有。研究团队很想知道在夏季和冬季迥然不同的南极,鱼类是如何在严酷条件下越冬的,目前暂且假定鱼类是进入类似冬眠的状态,正在朝这一方向深入研究。
为解决全球变暖问题而努力
2023年11月,联合国秘书长古特雷斯在《联合国气候变化框架公约》缔约方大会(COP28)召开前访问了南极,他在会上强调了冰川融化的风险,并呼吁各国领导人采取行动遏制全球变暖。
尽管古特雷斯敲响了"全球沸腾"的警钟,全世界仍未在应对全球变暖方面形成统一战线,不过人类却曾经有过一次团结起来保护地球环境的往事。1980年代,日本的观测队在南极上空发现了臭氧层空洞,国际社会感到了危机,并成功制定了限制氟利昂等物质生产和消费的国际规则。这些措施正逐见成效,联合国环境规划署于2023年1月宣布,南极的臭氧层预计将在几十年后恢复。
随着科学家们对气候变化的研究进一步深入,一旦全球变暖的原因和机制变得无法反驳,人类必将再次团结起来,一起迈向解决问题的道路。在温度可能降至接近零下80度的极端环境中,日本的南极观测队正在承担这项研究的一部分,不懈地进行着观测活动。
标题图片/文内图片:除注明出处图片外,均来源于富士电视台《地球上最后的秘境——南极大陆:观测队眼中的神秘世界》
版权声明:本网站的所有文字内容及图表图片,nippon.com日本网版权所有。未经事先授权,禁止任何形式的转载或部分复制使用。