南极地质大发现

马志飞

提起南极洲，大家的脑海中总会想起白茫茫的冰雪、刺骨的寒风以及那些可爱笨拙的企鹅。那里是地球上最寒冷的地方，也是最荒凉孤寂的大陆，人称“冰雪高原”或“白色沙漠”。南极洲有超过98%的地域都被冰川覆盖着，冰层最厚处超过4000米。可是在这厚厚的冰层之下，到底隐藏着怎样的秘密？我们究竟该如何探究南极的地质情况呢？

探险之旅：发现未知世界

1841年，英国著名探险家詹姆斯·克拉克·罗斯爵士率领船队前往南极探险，起先他们所见的除了一望无际的大洋就是白色的冰雪，刺骨的寒风紧紧地包围着船队。忽然，他们远远望见一座岛上竟然冒着闪亮的火光，原来，这是南极洲的火山喷发了。后来，罗斯爵士将这座岛屿命名为“罗斯岛”，并用他的探险队中一条船的名字将火山命名为“埃里伯斯火山”。而在希腊神话中，“埃里伯斯”是黑暗之神的名字。

南极洲地理位置偏远，人迹罕至，尽管历史上曾经有过多次火山喷发，但很少被人类记录下来。在1893年，挪威人拉尔森在南极探险时曾记录下火山活动的场景，但很多人并不相信，甚至还有人说他描述的那些火光和烟雾只不过是天边的云彩而已。后来，随着越来越多的探险发现，人们才逐渐接受南极洲存在火山的事实。

埃里伯斯火山是地球上最靠南的火山，它形成于130万年前，海拔高度为3794米，是世界上仅有的几座持续喷发的活火山之一。从它被发现至今，山顶的熔岩湖就一直不停地在“咕嘟咕嘟”冒泡，向外释放着难闻的含硫气体。尽管我们看不到红色滚烫的熔岩流，但从火山口的熔岩湖里时不时地会迸射出长达两三米的火山弹，以此告诫我们其内部蕴藏着巨大的能量。

1908年，英国著名的南极探险家沙克尔顿率领探险队花了五天半的时间成功登顶埃里伯斯火山。一路上，他们经历了暴风雪的袭击，几乎寸步难行，不得不躲在睡袋里，一天一夜没有水喝，身体虚弱得几乎要崩溃。其中一名探险队员还因冻伤而失去了一根脚趾头。

罗斯爵士、拉尔森以及沙克尔顿是无数探险家中的杰出代表。自从人们发现南极洲以来，很多国家的探险家纷纷来到这里，用脚步丈量这个鲜为人知的世界，很多人在这里献出了宝贵的生命。正是由于他们的努力，使我们逐渐认知了南极。在这极寒之地竟然存在“冰火两重天”的自然奇观，这至少已经向我们说明了南极绝非简单的冰雪之地，其下可能埋藏着各种岩石和高低起伏的山峦，甚至还有神秘的湖泊。

科学考察：刷新传统认知

1903年，一位探险家在南极发现了一处很奇怪的地方，他曾记录道：“山谷是褐色的，到处都是粗砂和砾石，没有植物，看不到任何生命的迹象，甚至连苔藓和地衣都没有。”这位探险家将它称作“死亡谷”，即现在的“泰勒干谷”。它长为33千米，宽为12千米，海拔在1000～2000米之间，山谷中几乎没有冰雪，谷底覆盖着大量的卵石和砾石，都是花岗岩、大理石、辉绿岩、片麻岩等岩石风化后的产物。此外，在某些地方还有大片的基岩裸露。

然而，像泰勒干谷这样的可供地质学家直接勘查的无冰区，在南极洲只是极小的一部分。而对于冰层之下的地质情况，只能依靠间接的勘查和推断，因而有科学家甚至认为我们对南极地质的了解比对火星的了解还要少。尽管如此，在一代又一代科学家的不懈努力下，依然取得了很多重大发现，不断刷新着我们对南极洲的传统认知。

近几十年来，科学家们使用先进的雷达技术探测南极洲冰层之下的基岩地形，其原理就是向地下发射电磁波脉冲，然后对从基岩反射回来的电磁波进行分析，从而判别基岩的埋藏深度。

2016年1月，中国第32次南极科学考察队取得了多项重大科学发现，其中一项就是利用雷达探测技术发现东南极伊丽莎白公主地的冰盖底部存在着一条巨大的峡谷。它的长度超过1000千米，顶部的最大宽度超过25千米，深度超过1500米，被称为“迄今地球表面发现的最大峡谷”。

据2019年12月15日英国媒体报道，加利福尼亚大学欧文分校的研究人员在对南极洲东部登曼冰川覆盖的长100千米、宽20千米的峡谷深处探测时，雷达只能接收到峡谷两壁的反射波，却接收不到谷底的反射波。后来，他们根据测量结果、卫星图片和有关气候数据综合分析计算后，得出了一个结论：该峡谷的最深处位于海平面之下3500米，而且里面充满的并不是海水，而是冰。这也就意味着该峡谷最深处是目前已知地球上的陆地最低点。而此前我们传统的认知是，地球上的陆地最低点是位于西亚的死海，它的湖面低于海平面400多米。

冰下湖是南极洲的另一种奇特的地质现象。它们位于大型冰盖的底部，水体呈液态，其成因可能与地热作用及上层冰盖的保温作用有关。自从20世纪60年代英国科学家在南极洲发现冰下湖以来，现已确定了100多座。其中，最大的一座为沃斯托克湖，它的長度约为250千米，最宽处约50千米，湖水最深处超过500米。俄罗斯科学家在沃斯托克湖的上方冰盖打下钻孔，取出了长达3623米的冰芯。科学家根据冰芯中保存的气泡推断出历史上的二氧化碳含量及温度变化等信息，并由此推测沃斯托克湖可能已经具有长达2000万年的古老历史了。

2016年1月，我国科学家在东南极伊丽莎白公主地的冰盖之下，又发现了很多相互连通的冰下湖和冰下水道。其中一个冰下湖位于冰层之下4000米深处。另一个冰下湖的规模巨大，长度超过25千米。此外，我国科学家还绘制了南极洲的地壳厚度图及岩石圈厚度图，这对研究南极大陆地壳和上地幔三维结构和地质构造都起到了十分重要的作用。

未来研究：关注全球变化

关于南极的研究，仍有许多工作要做。未来的研究方向将更倾向于对南极深部地质以及气候环境变化的探究，具体工作主要包括但又不限于以下3个方面：

首先是深部钻探。钻探是地质勘探最直接的手段，通过提取并分析冰芯和冰盖之下的岩芯，既能够查明地下基岩类型、结构及构造等基本信息，又有助于研究古气候和古微生物情况。据媒体报道，2013年1月21日，中国深冰芯第一钻在昆仑站深冰芯房正式开钻，截至目前钻探深度已推进至800米，在未来将继续朝着3200米的冰下钻进。2019年2月10日，我国第35次南极科考队在东南极伊丽莎白公主地南极中山站附近成功钻取到了冰下基岩。

其次是遥感卫星探测。这种技术具有探测范围广、获取资料快、信息量大等多种优势，能够在短时间内对广域范围内的地形地貌进行观测。2017年，英国爱丁堡大学的科学家通过遥感卫星和雷达技术，在南极洲一下子发现了91座火山，它们绝大部分都隐藏在冰盖以下约2000米处，高度由100～3850米不等。而在2017年之前的100多年时间里，探险家和科学家在南极洲发现的火山仅为47座。随着遥感技术的不断进步和南极科考的不断深入，科学家预测南极大陆及其附近海域将会有更多的火山被发现，那里可能是地球上火山最密集的区域。

最后，关注气候变化及其对全球带来的严重影响。南极科考的目的不仅仅在于认识南极本身，更重要的是通过研究地质历史时期的气候变化和环境变迁，探索南极冰盖变化对全球的影响，以更好地保护南极环境，应对全球气候变化。

美国著名科普作家比尔·布莱森在《万物简史》一书中这样写道：“在过去50年的时间内，南极洲周围水域的温度增加了2.5℃，冰盖塌陷已经大大加剧。这一地区的地质构造特点使得大规模的塌陷更有可能发生。一旦这种情况出现，全世界海平面将以很快的速度平均上升4.5～6米。”该书中还总结了一句发人深省的话：“一个明显的事實是，我们不知道未来的年代是一个严寒气候，还是一个酷热的气候。只有一点是肯定的，我们生活在刀刃上。”