由南极“西瓜雪”看全球变暖

李兴科

一、南极出现粉红色“西瓜雪”

2020年2月，在南极的乌克兰科考站附近出现了粉红色“西瓜雪”的现象。但这不是一个新的现象，古希腊哲学家亚里士多德就曾经在《自然诸短篇》中记录过这一景象。科学家发现，南极出现的“西瓜雪”现象，实际上是雪中的极地雪藻微生物形成的。

（一）什么是雪藻

雪藻是生活在两极以及地球上与两极相近的极端环境中的一类特殊的单细胞微藻类群，现已发现有几十种之多。它们大部分分布在雪地几厘米深的表层，在冰雪融化时形成雪地藻华，因其细胞富含类胡萝卜素（虾青素）而呈深红色。其中，极地雪藻是一种淡水的单细胞绿藻，最适生长的温度在10℃以下，在营养丰富和低光强下生长时呈现为绿色;但在营养贫乏和高光强等极端环境下细胞生长缓慢，开始大量积累红色类胡萝卜素（虾青素），此时呈现为红色，从而出现了“西瓜雪”现象。

（二）雪藻的生长环境

1.温度条件

雪藻一般生活在-8～1℃的冰雪环境中，但在冬季时要忍受低于-35℃的严寒天气。温度在0℃左右时，对于雪藻来说，此时的极地严寒属于“凉爽”;当温度低于水的凝固点温度时，它可以进入休眠状态。极地雪藻更容易适应极地寒冷气候，极端低温对其影响较小。

2.光强条件

由于极地地区阳光的照射、冰雪的反射和散射，致使雪地的光照强度极高，因此极地地区被认为是地球上光照最强的地方。一般来说，当光强逐渐增大到超过光合作用的最高限定值时，光合作用就会被抑制;当光强低于光合作用的最低限定值时，光合作用就会随着光强减弱而减弱。而雪藻能够在雪地中生存，可见雪藻的光合作用不受高光强的抑制，具有适应高光强的超强能力。

3.紫外线辐射

臭氧层能过滤99%的紫外线。如果臭氧减少1%，那么对紫外线吸收率将减少2%。由于人类活动对臭氧层的破坏，造成了臭氧空洞出现，带来的直接后果是太阳光中的紫外线到达地面的数量增加。臭氧空洞目前最容易出现在两极地区和青藏高原。而两极地区由于近年来臭氧层遭受破坏，所以紫外线辐射强度就更高。但科学家发现极地雪藻有一套强大的抗氧化系统，在两极极端环境中也能保证细胞的生理活动正常进行，适应紫外线能力增加。

【典型例题】

（2020年福建省高三模拟卷）2020年2月，在南极半岛某科考站附近出现大面积“西瓜雪”现象，引发人们广泛关注。该现象由雪中的极地雪藻微生物导致。极地雪藻微生物在低温下保持“休眠”状态，迅速生长时呈现红色，产生“西瓜雪”现象。据此完成1～2题。

1.导致“西瓜雪”现象产生的首要原因是（ ）

A.光照增强 B.气温升高

C.降雪增多 D.风力减弱

2.“西瓜雪”现象导致该科考站附近积雪（ ）

A.存量增多 B.反射率增大

C.融化速度加快 D.厚度增大

【参考答案】1.B 2.C

二、“西瓜雪”与全球变暖

近年来，“西瓜雪”现象出现频率正在不断增加，说明两极冰盖与高山冰雪区气温高于0℃的频率增加，反映全球气候变暖的趋势。

（一）什么是全球变暖

人们焚烧化石燃料，如石油、煤炭等;或砍伐森林并将其焚烧时产生了大量二氧化碳等温室气体。这些温室气体太阳辐射吸引能力较弱，而对地球表面發射出来的长波辐射吸收能力强。温室气体能强烈吸收地面辐射中的红外线，导致地球温度上升，即温室效应。当温室效应不断积累，导致地面与大气之间吸收与发射的能量不平衡，能量不断在地面与大气系统累积，导致温度上升，造成全球气候变暖。

（二）全球变暖的原因

1.主要原因

大量的CO2排放以及森林遭到破坏，导致温室气体强烈吸收地面长波辐射而增温。需要注意的是，全球气温升高是就全球平均状况而言的，并非表明地球上每一个地区气温都在上升。同时，也不是每个季节都会出现明显的升温现象，可能有些季节相对明显。所以不同地区在不同时间也可能出现不同的气温升高现象。

2.自然原因

目前地球处于温暖期。根据地球发展史的研究表明，地质时期的气候变化表现为冰期与间冰期交替出现，在历史时期的气候表现为寒冷期与温暖期交替出现。目前地球表现为气温波动上升时期。

3.人为原因

（1）CO₂含量与日俱增

①工厂、交通工具、家庭炉灶大量燃烧含碳的煤、天然气、石油（成品油，如汽油、柴油），排放大量CO₂。②森林被大量砍伐，绿色植物通过光合作用吸收CO2的能力下降。

（2）地面紫外线增多

人类通过生产生活排入大气的氯氟烃严重破坏臭氧层，特别是两极地区，造成该地区的臭氧层出现空洞，臭氧吸收紫外线的能力下降，射向地面的紫外线增多。

（三）全球变暖的影响

全球变暖从自然要素角度来看，基于自然地理环境的整体性理论，主要是对气候、水文、土壤、生物等的影响;从人文要素角度，主要是对农业、工业、交通建设以及人类健康的影响。

1.自然要素

（1）对海平面和海岸带的影响

全球气候变暖，气温升高，两极冰盖与高山冰雪区等地的冰雪融化，造成水体注入海洋，海水数量增加;气温升高导致海水受热膨胀，海水体积增加，所以海平面上升。

①海平面上升会造成海水侵蚀作用加强，主要是对沿岸线的侵蚀，以及对河口三角洲的侵蚀作用增强，造成河口三角洲的面积缩小。②海平面上升，海水倒灌进入地下水系统，易造成土地盐碱化。③海平面上升，海水对河流的顶托作用增强，使河水倒流，造成陆地污水排放受阻。④海平面上升导致海水倒灌，河口地区泥沙沉积数量增加，港口和航道的淤泥增加，影响港口、航道功能。⑤海平面上升，海水入侵，造成沿海低地被淹没，洪涝灾害加剧;另外，发现风暴潮作用加强。

（2）对水循环过程的影响

全球气候变暖，气温升高，会造成局部地区蒸发强度增大，局部地区水循环改变，部分区域降水量和降水分布有变化。有些地区降水极端事件发生的概率增加，也就是洪涝、干旱灾害的频次和强度有所增加。由于降水量和降水分布的变化，造成地表径流发生变化，有些地区洪涝灾害多，有些地区干旱次数增加，进一步增强全球水资源的不稳定性，使供需矛盾更加突出。

全球变暖会导致冰川融化，但冰川融化不会使淡水资源更加充沛。事实上，冰川融化的水基本上都流入海洋或被蒸发，很难转化为人类所需的淡水资源;再加上全球变暖使世界各地的蒸发量普遍增加，从而使得地球上的淡水资源更加缺乏。

（3）对生态系统的影响

全球气候变暖，气温升高，对物种影响较大。根据达尔文的适者生存法则，气温升高，自然生态系统中有一些生物不能适应变化后的环境，必然就会消失;而一些能够迁徙到适宜居住环境的生物，但由于人类占有了土地，限制了这些生物的自然迁移，也会造成生物物种的消失。全球气候变暖，气温升高，也会造成表层海水温度的变化，从而影响洋流的变化，影响浮游生物的分布变化，使鱼类聚集地发生变化，导致某些渔场消失，某些渔场扩大。全球氣候变暖，气温升高，会让陆地上一些地区更加干旱，造成全球土地荒漠化面积扩大，生态环境进一步恶化。

2.人文要素

（1）对农业的影响

全球气候变暖，气温升高，对于不同纬度地区的农业生产有不同的影响。北半球高纬度地区气候变暖，有利于农作物生长，粮食产量增加。全球中、低纬度地区的“谷物带”气温升高，生长期缩短，加之蒸发量增加，易造成农作物水分亏缺，粮食生产潜力下降，粮食产量下降。科学家通过演算推出高纬度地区粮食产量增加不能补偿中、低纬度地区粮食产量的下降。所以，全球变暖会造成世界粮食生产总体下降。

（2）对工业的影响

生产、生活排放的大量温室气体造成全球气候变暖，气温升高，高纬度地区供暖的能源消耗会减少，但低纬度地区制冷的能源消耗会增加，但总体来看能源消耗增加。对于需要排放温室气体的工业企业，各国政府都会限制其规模发展，并制定相应法规要求其控制温室气体的排放。由于能够节水节能、耐高温耐干旱的生产技术受到各国政府和市场的欢迎，其生产规模会进一步扩大。

（3）对人类健康的影响

全球气候变暖，气温升高，会造成极端天气和气候增多，如高温、暴雨、台风、飓风、干旱等，会加快、干扰人体新陈代谢，危害人体健康。另外，气温升高会推动疾病传播、媒介扩散，造成疫病流行的范围扩大，危害人体健康。

（四）应对全球变暖的措施

1.控制温室气体排放。主要办法：通过技术措施减少目前大气中的二氧化碳、甲烷等温室气体;减少化石燃料的使用量;提高能源的利用效率;大力发展新能源;加快调整产业结构;控制水田和垃圾填埋场的甲烷排放量等。

2.增加温室气体吸收。如植树造林，加强热带雨林等生态区的保护;采用固碳技术。

3.适应气候变化。如培育耐旱农作物适应气候，调整农业生产结构，建设海岸堤坝等。

4.政府采取政策手段。如鼓励公众参与环保活动，或实行直接控制，运用经济手段等措施。

5.努力加强国际合作。

【典型例题】

（2020年全国卷Ⅰ）岳桦林带是长白山海拔最高的森林带。岳桦林带气候寒冷，生长季短，只有其下部的岳桦才结实（种子）。岳桦结实的海拔上限称为岳桦结实线，岳桦林分布上限即长白山林线。监测表明，20世纪90年代以来，长白山北坡气候持续变暖，岳桦结实线基本稳定;林线的海拔快速提升了70～80米，但近年趋于稳定。据此完成9～11题。

9.目前，长白山北坡林线附近的岳桦多为（ ）

A.幼树 B.中龄结实树

C.老树 D.各树龄组混生

10.推测20世纪90年代以来，长白山北坡岳桦林带（ ）

A.冬季升温幅度小，生长季稳定

B.冬季升温幅度大，生长季延长

C.冬季升温幅度大，生长季稳定

D.冬季升温幅度小，生长季延长

11.在气候变暖背景下，长白山北坡林线近年却趋于稳定，原因可能是（ ）

A.降水稳定 B.水土流失量稳定

C.土壤肥力稳定 D.岳桦结实线稳定

【参考答案】9.A   10.C    11.D

【解析】本题以长白山岳桦林带为背景材料，考查全球变暖背景下林线和岳桦树的特点。

第9题，20 世纪 90 年代以来，长白山北坡气候持续变暖，岳桦结实线基本稳定;林线的海拔快速提升了70～80米，但近年趋于稳定。首先要明确岳桦林生长季短，只有其下部的岳桦才结实（种子），也就是海拔较低，气温较高区域的岳桦才能结实;海拔较高的区域不可能结实。因此海拔较高的区域岳桦来自种子的传播，这就说明目前长白山北坡林线附近的岳桦多为近年来新生长出来的树，所以林线附近的岳桦多为幼树。

第10题，岳桦林带气候寒冷，生长季短，只有其下部的岳桦才结实（种子）。这说明岳桦林的生长季就是夏季，岳桦结实线与夏季长短有关。20 世纪 90 年代以来，长白山北坡气候持续变暖，岳桦结实线基本稳定，说明夏季稳定;林线的海拔快速提升了70～80米，说明北坡冬季升温幅度大，导致林线快速上升。

第11题，在气候变暖背景下，长白山岳桦结实线稳定，也就说明岳桦林种子能够到达的海拔上限稳定，传播范围是有限的。所以在林线上升到一定高度，一旦超过了种子传播范围，就会趋于稳定，所以长白山北坡林线近年趋于稳定的主要原因是岳桦结实线稳定。