在全球沸騰時代，日本觀測隊探索南極「冰棚」融化之謎
科學 自然環境在「地球上最後的秘境」南極大陸，觀測工作艱苦卓絕
南極大陸也被稱為「地球最後的秘境」。自2023年12月起，日本第65次南極地區觀測隊（隊長為國立極地研究所教授橋田元）的100名隊員正在這片極寒之地進行著研究和調查。
大約在1年前，筆者也跟隨第64次觀測隊踏足南極大陸，為富士電視臺進行節目拍攝。海岸線上有海豹、企鵝和純白的雪燕，大小不一的各種冰山漂浮在海面上，但一旦進入內陸，世界便發生了徹底的變化。眼前是一望無際的平坦冰原，沒有植被，沒有動物和昆蟲，只有不斷吹拂的風和在冰面流動著的雪發出的細碎聲音。偶爾風停之時，便是一片寂靜無聲的世界。
即使在最溫暖的2月，氣溫也低於零下15度，天氣變化無常。有一次，當我們跟拍觀測隊員活動時，遭遇了一場暴風雪。風速達到每小時20公尺，由於沒有任何東西可以抓住以穩固身體，差點被風吹走。如果運氣不好，真的可能會被吹到很遠的地方。最終，我不得不手腳並用爬回到雪地車上，這是一次恐怖的經歷。我才明白，即使是經驗豐富的隊員，也隨時可能送命。
儘管設備的現代化等因素使得南極觀測變得更加安全，但在這個任何動物物種都無法定居的內陸地區活動依然十分恐怖。日常生活中就有無數煩惱，如眼睛周圍因直射日光和冰面反射光而灼傷，以及極度乾燥導致的指甲開裂和嘴唇裂傷等。特別是眼睛，如果摘下太陽眼鏡工作半小時，第二天可能會因疼痛而無法睜開眼睛。觀測隊員們就是在這樣惡劣的環境下堅持著工作。
日本被分配在「最最艱難之地」
日本的南極觀測始於1956年。由於日本在二戰結束後僅10年就宣佈開始觀測，西方國家的反應冷淡。分配給戰敗國的是東南極，被認為是當時的破冰船無法登陸的地方，屬於最最艱難之地。
在眾多公司和國民的支援下，由永田武隊長領導的第1次觀測隊成功登陸了東南極的呂佐夫-霍爾姆灣（Lützow-Holmbukta），並建立了昭和基地。當時的南極觀測船「宗谷」號目前在東京台場的船舶科學館內展示。
次年的第2次觀測隊因為厚重的海冰而不得不放棄登陸。雪橇犬帶著項圈被留在南極超過1年，但兩隻犬（太郎和次郎）奇跡般地存活了下來。整個日本為此歡欣鼓舞，這個故事後來被拍成了電影。
此後，日本觀測隊除了在昭和基地外，還在富士冰穹（Dome Fuji）基地（1996年開設）等地進行著活動。在第65次隊伍到達之前，觀測隊首次發現了「臭氧洞」，即保護地球免受紫外線輻射的臭氧層在南極上空變薄的現象，並在回收和研究隕石以及收集和分析「冰核」（Ice core，可以提供數十萬年的氣候變化資訊的冰樣）方面處於世界領先地位。
利用水下機器人，調查急劇融化的冰棚
日本在東南極持續進行了約70年的觀測活動，如今變得比以往任何時候都更加重要了。這是因為南極的大部分冰都位於日本基地所在的東部。
如果南極的冰蓋（覆蓋南極大陸的厚冰層）全部融化，世界海平面將上升約60公尺，其中上升50公尺的冰據說都位於東南極。這說明冰在這一地區是多麼地集中。雖然此前認為東部的冰蓋相對於西南極來說更為穩定，但這種情況正在發生變化。
筆者採訪的第64次觀測隊的主要活動目標之一就是解明南極東部冰層融化的機制。參加該觀測隊的地質學家藤井昌和（國立極地研究所助理教授）、機器人專家山縣廣和（東京大學特聘研究員）和山本和（技術助理）的團隊使用自主水下機器人對冰融化進行了實際狀況調查，這在日本觀測隊是首次。
調查的目的是收集冰蓋伸入海中的「冰棚」底部融化速度的資料。
對南極冰融化量的計算主要基於衛星資料，通過測量冰的厚度，將其變薄的部分換算為已融化的冰層。然而，近年來發現，不是大陸表面的冰，而是冰棚正在迅速融化，因為它們的底部被溫暖的海水侵蝕。通過研究冰棚下的洋流和海水溫度，日本的觀測隊正試圖通過計算冰融化所需的能量，來弄清冰融化的程度和速度。
在厚冰下進行機器人調查極為困難。由於電纜可能會被冰層卡住，導致無法回收機器人，因此必須採用無線方式。然而，在海中進行穩定的無線通訊非常困難。
因此，機器人必須能夠自主導航，即在檢查周圍環境（如海底地形）的同時，自行在水中移動。此外，在水溫接近零下兩度，以及機器人在浮出水面後可能立即結冰的環境中，精密電子設備會頻繁發生故障。
研究團隊逐一解決了這些反覆出現的問題，終於成功利用自主水下機器人收集了冰下水溫和海底地形的資料。
發現融化冰河的巨大漩渦
目前，第65次考察隊也還在繼續旨在探明南極東部冰河融化機制的活動。此外，日本計畫未來對南極東部最大的托滕冰河（Totten Glacier）進行研究。根據衛星等資料，該冰河被確認為南極東部冰層融化最為嚴重的區域。如果該冰河完全融化，全球海平面預計將上升3至4公尺。
東京海洋大學副教授溝端浩平等人，在2017至2021年間與日美澳聯合團隊在托滕冰河附近進行的海洋觀測的結果中發現，近海存在多個巨大的順時針方向漩渦，這些漩渦正在將溫暖的海水推向冰河。
這些漩渦的高度與海底到海面的高度相當，直徑達150至200公里，且幾乎始終在同一位置出現，不移動。只有通過更詳細地研究海底地形，才能了解為何形成漩渦。
在南極大陸周邊的海域中，可能還會發現其他類似的漩渦，發現的漩渦越多，就越容易預測冰層融化的速度。然而，被漩渦推動的暖水溫度並非恒定，獲取10年期的年際變化資料也是一大挑戰。
因此，揭示冰棚融化的海洋機制，準確掌握冰融化速度，有望提高未來海平面和氣候變化預測的準確性。
採集百萬年前的冰層，預測環境變化
除了探明南極東部冰層的融化機制外，日本在南極的研究重點還包括採集世界上最古老的冰核。
冰核是從南極大陸厚厚的冰蓋中提取的柱狀冰樣本，它是一個封存了數十萬年前空氣微粒的「時間膠囊」，可以用來推測當時的季節變化、氣溫和大氣成分等。
2006年，日本從約3000公尺深的冰蓋中提取了72萬年前的冰，現在的目標是收集更加古老的100萬年前的冰。鑽探地點位於南極大陸內陸的富士穹頂基地附近，僅為確定鑽探點就耗費了6年的時間。
該基地之所以命名為「富士」，是因為該地區的冰層厚度約3700公尺，與富士山的高度相當。研究人員認為可以在約2700公尺深處能夠鑽取到100萬年前的冰核。
通過分析100萬年前的氣候，了解冰河期地球有多少面積被冰覆蓋，以及在間冰期海平面上升了多少，從而預測當前氣候變化造成的環境變化。
冰河期和間冰期的週期，在約160-120萬年前是4萬年，現在是10萬年，兩者有很大不同。通過採集100萬年前的冰核，有望探明這種週期變化利用了何種機制。如果一切順利，計畫將於2028年完成採集工作。
昭和基地附近海底的多彩生物
在2022年至2023年的第64次觀測隊中，京都大學副教授市川光太郎領導的研究團隊進行了南極海洋生態調查，目前還在對結果進行分析。包括筆者在內的隨行報導團隊是首次利用水下無人機成功拍攝到昭和基地附近海底情況的電視臺團隊。通過這些畫面，我們捕捉到了一個色彩斑斕、物種豐富的生態系統。
該團隊捕獲的其中一條魚（南極特有種的伯氏肩孔南極魚）嘴裡含有大量魚卵。市川及其團隊正在研究「卵食」行為的可能性，這種情況常見於在營養匱乏的特殊環境中生存的生物所表現出的特徵。
市川表示，像此次調查的海域這樣的、生活在99%日光被阻擋的冰下的生物的研究案例幾乎沒有。研究團隊很想知道在夏季和冬季迥然不同的南極，魚類是如何在嚴酷條件下越冬的，目前暫且假定魚類是進入類似冬眠的狀態，正在朝這一方向深入研究。
為解決全球暖化問題而努力
2023年11月，聯合國秘書長古特雷斯在《聯合國氣候變化框架公約》締約方大會（COP28）召開前訪問了南極，他在會上強調了冰河融化的風險，並呼籲各國領導人採取行動遏制全球暖化。
儘管古特雷斯敲響了「全球沸騰」的警鐘，全世界仍未在應對全球暖化方面形成統一戰線，不過人類卻曾經有過一次團結起來保護地球環境的往事。1980年代，日本的觀測隊在南極上空發現了臭氧層空洞，國際社會感到了危機，並成功制定了限制氯氟碳化合物等物質生產和消費的國際規則。這些措施正逐見成效，聯合國環境規劃署於2023年1月宣佈，南極的臭氧層預計將在幾十年後恢復。
隨著科學家們對氣候變化的研究進一步深入，一旦全球暖化的原因和機制變得無法反駁，人類必將再次團結起來，一起邁向解決問題的道路。在溫度可能降至接近零下80度的極端環境中，日本的南極觀測隊正在承擔這項研究的一部分，不懈地進行著觀測活動。
標題圖片以及文內圖片：除註明出處圖片外，均來源於富士電視臺《地球上最後的秘境——南極大陸：觀測隊眼中的神秘世界》