极地科考,远洋寻踪

1985年2月,中国在南极乔治王岛南端建立了首个南极科考站——长城站,实现了中国极地考察事业“从无到有”的发展;1989年2月,中国在东南极大陆拉斯曼丘陵地区建立了第二个南极站~中山站,实现了中国极地考察事业“从小到大”的发展。而中国极地考察事业“南大到强”的历史性跨越则是以昆仑站的建成为标志的。中国极地科考已历经28年,并在世界极地考察中已占有一席之地,但与其他主要极地考察国家相比,仍存在较大差距,我们为此邀请到国家海洋局极地考察办公室主任曲探宙,请他谈谈极地科考的中国思路与成就。

今日中国:从1985年长城站的建立,到2009年昆仑站建立,中国南极考察站实现了从南极大陆边缘向腹地延伸的历史性跨越,这一跨越用时24年,请问这其中的困难和挑战都有哪些?

曲探宙:南极考察是一项高风险和高投入的事业。中国从1984年开始组织首次南极考察队,至2009年,建立了长城站、中山站、昆仑站三个南极考察站,实现了从无到有、由南极沿岸到南极内陆的两次历史性跨越。

南极是远离人类文明的沉寂的大陆,有着地球上最为严酷的自然环境。中国开始组织开展南极考察初期,选派科学家参加国外的南极考察队,熟悉南极的自然环境,学习外国南极考察队的经验。在没有破冰船的条件下,选择无冰期相对较长的南极乔治王岛建立中国南极长城站;购进“极地号”破冰船后,在东南极建立中山站,并以中山站为依托,开始探索南极内陆。经过9年的探索,中国南极考察队到达了南极内陆最高点——冰穹A,这是人类首次从地面到达这一区域,并在2009年初建立了中国南极昆仑站。

在28年的南极考察历程中,严酷的自然环境、遥远的距离、科技水平和后勤保障能力始终是中国开展南极考察的最主要的制约因素。每次装备的换装,特别是雪龙船的投入使用和南极考察站能力建设的实施,均为南极科学科考工作的开展打下了坚实的基础。

今日中国:在冰穹A建立昆仑站,对于极地考察研究有何意义与价值?目前,我们进行了哪些科学研究,是否已经有一些初步的研究成果?

曲探宙:昆仑站位于S 80°25’01”、E 77°06’58”,海拔高度4087米,在距中山站约1350公里的冰穹A地区。

这里有几个特点:冰穹A是南极冰盖的最高点,同时也是南极冰盖最厚的位置之一,那里的冰层记录了地球气候变化的诸多因子,也是记录地球气候变化时间序列最长的地区之一,是研究环境变化最佳场所;冰穹A纬度高、气温低、空气洁净、大气扰动小,是进行天文观测的绝佳场所,这里开展天文观测和研究取得的资料质量是地球上其它地区无法相比的,目前中国正在积极开展这方面工作,这对宇空研究、航天等都有重要意义;冰穹A地区冰下就是著名的南极冰下山脉甘伯采夫山脉,研究南极冰下山脉对揭示南极大陆的形成演化有重要的意义,对了解全球地质构造的演化也有重要意义。

目前围绕一些重要的科学问题,利用冰穹A不可取代的地理位置优势,中国开展了研究环境气候变化的深冰钻工作,一些探索性工作已经完成,2012年中国自主研制的深冰钻钻机已经运到了昆仑站,深冰钻场地已经准备就绪,并取得了120米冰芯,钻孔完成了扩空和下套管,为开钻做好了准备工作;天文学方面在三年前架设了2台小型天文光学望远镜并进行了观测,2012年更换了一台新的望远镜,更换了工作平台,今后将继续安装同型号的2台天文望远镜组成观测阵,进一步计划安装一台直径2.5米大型天文光学望远镜,目前新安装的望远镜观测正常,正在获取资料并发回国内,前三年的观测资料正在分析处理中;使用不同型号的测冰雷达对冰下地形和冰盖结构进行观测和分析研究,同时利用地震仪通过自然地震对大地构造和冰层结构进行研究,目前已取得一些进展,其中冰下地形的研究成果已经发表在国际顶级科学杂志(自然)上。进一步的研究计划正在执行中。

今日中国:我们看到资料说,科考人员在南极格罗夫山采集陨石11000多块,位居世界第三,采集这些陨石有何科学价值?

曲探宙:探索地球之外的其他天体,从而揭示地球和整个太阳系乃至宇宙的形成和演化、生命的起源,是科学研究永恒的主题。1999年中国首次在格罗夫山地区发现并收集到陨石。通过10几年不断的工作,中国的南极陨石样品总数已达11000多块,跃居世界第三,成为仅次于日本和美国拥有南极陨石最多的国家。大量南极陨石的发现,为中国陨石学和比较行星学提供了极为珍贵的其他天体样本,包括太阳系形成过程中残留的最原始的各种类型球粒陨石、以及来自灶神星和火星的岩石等,极大地促进了该学科的发展和人才队伍的建设,为中国月球和火星等深空探测工程科学目标的制定和实现发挥重要作用。

陨石是除月岩之外,人类唯一获得的地外岩石样品,是太阳系形成和演化不同阶段残留的“化石”。最原始的陨石中保存了太阳系形成之前就已存在的来自各种类型恒星的尘埃、以及太阳星云凝聚过程中形成的不同集合体;铁陨石、石铁陨石和一些无球粒等由小行星熔融产生,代表了行星的核幔壳分异产物,还有很少量的陨石来自月球和火星,是月球和火星探测的重要补充。陨石是大自然无偿提供给人类的珍贵样品,是揭示包括地球在内整个太阳系形成和演化的“钥匙”。

今日中国:2012年7月2日,“雪龙”号科学考察船从青岛起航,搭载中国第五次北极科学考察队奔赴北极开展科考工作,我们看到有媒体报道这次科考将会在北极科学研究热点和国际合作领域有所突破,请问都分别指的哪些方面?此次还首次穿越北冰洋——大西洋区域,请问此举有何科学意义?请问此次科考面临挑战有哪些?

曲探宙:中国第五次北极考察将围绕“南北极环境综合考察与评估”专项开展北冰洋科学考察。此次考察将继续围绕北极快速变化及其中国气候的影响总体科学目标开展多学科综合考察,了解北极海冰快速变化下的北极环境响应。第五次北极考察有来自美国、法国、冰岛和我国台湾的5名学者。特别是来自冰岛的科学家是首次参与中国北极考察,这是中冰北极合作一部分,将丰富两国在北极开展科学研究的新途径。此次中国雪龙船将首次经东北航道从太平洋扇区一侧前往大西洋扇区开展北冰洋综合考察,开拓了中国北极考察的新领域,有利于开展两个区域的对比研究。在大西洋扇区考察时,还将布放一套大型海气耦合浮标。这是长期开展北极海洋环境观测重要手段,也是本次考察的难点之一。雪龙船面临的挑战还包括往返东北航道所面临的诸多不确定因素。