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1980年1月12日，两位中国科学家登上了澳大年夜利亚南极科考站凯西站，第一次代表中国科学界正式踏上南极大年夜陆，也是第一次将南极大年夜陆纳入中国科学家的研究视野。
初次登上南极考察的中国科学家 | 我国科学家董兆乾（左）、张青松（右）和澳大年夜利亚南极局副局长Knowles Kerry博士一路在澳大年夜利亚凯西站邻近考察，引自文献[1]
首登南极40年后，经由过程几代人的尽力，我们正在从对南极懵懂蒙昧的国度，变成南极研究的大年夜国。中国已在南极拥有泰山、中山、昆仑和长城4个科考站，第5个科考站罗斯海新站也正在扶植中。中国还组织过35次南极科学考察义务，而搭载着第36次科考团的雪龙2号，今朝正航行在南极宇航员海邻近的海域。
南极洲及周边海域地图 | 标注了中国在南极科考站的地位和当前雪龙2号的大年夜致地位。制图@巩向杰 陈睿婷
继《南极公约》冻结了世界各国对南极的国土请求后，从科学的角度熟悉南极便成为中国及其他大年夜国摸索南极的根本念头。南极洲大年夜陆经历过十分复杂的地质活动，在厚重的冰层下及周边海域内蕴含大年夜量潜在资本，是人类社会将来成长的重要保障之一。熟悉南极的演变、形成和矿产分布，是针对南极展开综合研究的重要目标。
南极群山的层状岩石 | 南极群山地质特点复杂，有很多未发明的地质奥秘和宝贵矿产。图源@VCG
南极冰盖也是最直接的科研对象。每年，降雪落下，混淆着天空中的尘埃、颗粒、气体甚至落在冰面上的陨石一路冻结成冰，将很多关于南极演变和地球情况演变的线索保存下来。人们钻井掏出冰芯，逐渐揭示出冰雪中深埋的机密。
冰芯内的气泡 ｜ 冰芯是用特制钻头掏出的圆柱状冰体，是重要的科研对象。图源@NASA
南极独特的天然情况，也培养了地球环球无双的极地生态群落。对南极生物和生态情况的研究，是人们考察南极的另一项重要环节。大年夜到海象、海豹、座头鲸，小到贼鸥、企鹅、磷虾，这些冰雪世界的万物生灵，是南极展示给人类的最美好一面。
南极Gerlache海峡中游弋的座头鲸。图源@VCG
从远古走来，今日一派冰雪料峭风景的南极都经历过什么？厚重的冰盖下隐蔽着如何独特的汗青？它又将面对如何不肯定的将来？在中国科学家登上南极40年后的今天，我们应当好好懂得一下这片偏弘远年夜陆的来路与前程。
南极冰盖及冰下基岩三维可视化图 ｜ 南极冰盖平均厚度1829米，最大年夜达4700米，厚重冰层之下隐蔽了很多未知。图源ESA
01
南极从哪里来
南极洲的封冻是新生代以来全球“冰室效应”的一个缩影。中生代时代（距今2.51亿~0.66亿年），温室气体二氧化碳的浓度经久保持较高程度，全球气候广泛暖和，海平面高企[2]，地球南极的情况大年夜为不合。
地球南极与南极洲大年夜陆是两个不合概念。全部中生代，南极洲大年夜陆在南极圈（南纬66°34′）邻近彷徨，最终在距本大年夜约8000万年前的白垩纪晚期达到与今日类似的地位。中生代的地球南极或许存在冰层，但南极洲大年夜陆只可能有少量冰层，并未形成覆盖全部南极洲陆地的大年夜冰盖[3]。
南极视角的板块活动动态图（中生代以来）。制图@郑伯容&巩向杰
暖和延续到了新生代，距今约5000万年前是新生代最暖和、温室气体浓度最高的时代[4]。后来，全球温度总体开端震动走低，直到人类生活的时代，世界的温度达到自恐龙灭尽今后的最冷阶段。在逐渐变冷的过程里，南极冰盖和北半球冰盖先后出现。
来越冷的新生代｜新生代以来，全球平均温度处于经久变冷的大年夜背景中，译自[5]，有修改
? 第一个偶合 ?
是什么引起了新生代的全球变冷和南极封冻？最先引起人们留意的是新生代变冷与一系列大年夜范围造山活动在时光上的偶合。
5000多万年前，世界海陆格局与如今大年夜为不合：特提斯洋尚未变成地中海，阿尔卑斯-喜马拉雅造山带尚未形成，大年夜西洋也远没有今日宽广，各片陆地还在延续着从盘古大年夜陆决裂的趋势。在后来演变为中国的地盘上，还出现出东高西低的地貌形态。
新生代始新世早期的海陆格局（5000万年前）｜ 引自[26]，图源@C.R.Scotese
伴跟着特提斯洋走向灭亡，非洲板块、印度板块同欧亚板块周全碰撞，一条斜跨半个北半球的板块缝合带宣布出生，形成了比来两亿年来最大年夜的超等造山带。它从欧洲的比利牛斯山脉开端，经由阿尔卑斯山脉，经由中东的扎格罗斯山脉，中亚的兴都库什山，抵达亚洲的喜马拉雅山脉，甚至延长到东南亚的火山岛链。
｜请横屏不雅看下图｜
阿尔卑斯-喜马拉雅造山带重要山脉与高原示意 ｜ 图源@星球研究所/巩向杰 张靖 制
群山改变了世界。山体岩石中的硅酸盐与降水中消融的二氧化碳产生化学风化，将二氧化碳固定到沉积物中。于是，从距今5000万年起，地球大年夜气的二氧化碳浓度快速降低，激发冰室效应，地球的温度开端降低[6、7]。
地质标准的碳轮回示意图 ｜ 留意左上方硅酸盐风化接收二氧化碳的道理。图源、译自@Skeptical Science
数值模仿研究注解，昔时夜气二氧化碳浓度降低到600ppm时，南极冰盖才开端敏捷增大年夜，从陆地上的局地冰盖，变成超出海岸线的大年夜型冰盖[8]。此时正好是大年夜约3280万年前。而这个时光点，又和环南极洋流的产生时光形成了第二个偶合。
? 第二个偶合 ?
影响南极地区温度的身分除了冰室效应，还有环南极洋流的形成。地球两极邻近存在着标准巨大年夜的环极地西风带，它们搅动大年夜气，最终带动海水活动。假如在响应的纬度上没有陆地的阻隔，就可以或许形成通顺无阻的环极地洋流??这恰好是南极的情况。
环南极洋流流速的可视化后果 ｜ 展示了2006年5月12日的环南极洋流（Antarctic Circumpolar Current，ACC）海水流速，暖色调表示流速高，最快可跨越每小时1.6公里，流向为顺时针。图源@National Science Foundation
南极洲大年夜陆先后与南美洲大年夜陆、澳大年夜利亚大年夜陆分别。在大年夜约5000万年前，南极洲起首与南美洲分别，浅水的德雷克海道开启[9]；3350万年前，南极洲与澳大年夜利亚分别，形成塔斯马尼亚海道[10、11]，环南极洋流带初步形成；2850万年前后，南极洲与南美洲进一步分别，浅水的德雷克水道变成深海，洋流加强[12]。
环南极洋流的形成｜ 德雷克海道和塔斯马尼亚海道的先后开启，是环南极洋流建立的关键身分，改自[13]。制图@巩向杰 陈睿婷
历经数切切年，南极洲大年夜陆最终成为与世隔断的孤洲，环南极洋流从无到有从弱到强，逐渐将南极洲与低纬海洋的热量隔断开来，使正好位于地球南极区域的南极洲大年夜陆，在新生代降温的大年夜背景下进一步变冷。
于是，在大年夜约3400万年前，冰盖开端覆盖南极洲大年夜陆；到了大年夜约3280万年，罗斯海湾开端形成冰架，标记住南极冰盖从陆地流进海洋。此后尽管出现过多次反复，但冰盖的范围总体上跟着温度降低而赓续增大年夜，个中在2300万年和1390万年前出现过两次明显增大年夜[2]。
南极冰盖流动速度可视化后果 ｜ 图中示意了南极一些重要冰架的地位及它们与陆上冰盖流动的关系。图源@NASA，有修改
南极洲冰盖的发展又反射更多的阳光，使地球进一步变冷，是地球出现北极冰盖的重要身分之一。在两极冰盖的合营影响下，这颗星球用两亿年中最为严寒的姿势迎接了人类的到来。
02
南极向何处去
从新生代冰室效应和周期性的冷暖旋回中走来，古老的南极在现代却正经历着来自人类的严格考验。2019年，大年夜气二氧化碳浓度跨越了415ppm，再立异高的同时，也跨越了以前1500万年来的二氧化碳浓度上限值。我们的世界正在逐渐步入未知范畴，人类却对此毫无经验。南极也以激烈的变更，走向充斥不肯定的将来。
再立异高的二氧化碳浓度图 ｜ 2019岁首?年代夏，美国夏威夷测得二氧化碳浓度跨越415ppm（体积分数单位，指百万分之一），图源@Scripps Institution of Oceanography
? 海上冰架加快熔化 ?
2019年9月，南极洲东部的埃默里（Amery）冰架末尾断裂，1636平方千米的冰山随波逝去，成为漂浮在南大年夜洋上的巨大年夜冰山。很快，它会持续分化成小块浮冰，逐渐消融。
埃默里冰架决裂前后影像 ｜ 2019年9月25日东南极埃默里冰架末尾断裂后形成D-28冰山的卫星影像。图源@ESA
2017年7月，南极洲西部南极半岛的拉森C（Larsen C）冰架产生断裂，形成了面积达5800平方千米的冰山A-68，是北京市情积的近1/3。
拉森C冰架决裂后的影像｜ 2018年3月时的拉森C（Larsen C）冰架和A-68冰山。图源@ESA
海上冰架来源于陆地冰盖的向海流动，末尾决裂进入海洋是正常冰架消解过程，但它们产生的速度和范围正越来越大年夜[14]，从侧面反应了全部南极冰盖的消融愈演愈烈。
南极沿海冰架的厚度和体积变更（比来18年间）｜ 左下角坐标图表示冰架体积的变更趋势，个中红线表示西部冰架，呈明显削减趋势；蓝线是东部冰架，稳定慢速削减趋势；黑线是整体趋势，表示为削减，译自[14]。
? 陆上冰盖加快熔化 ?
2015年，一个来自美国NASA的研究团队提出，南极新增冰盖质量大年夜于冰盖熔化质量[15]，激发舆论、学术界甚至官场的多方争议。很快，就有不合的学者指出，这个研究团队应用的估算办法存在较大年夜瑕疵，给出的结论存在问题[16]。
应用新的办法和数据，科学家们描述出南极冰盖加快消融的严格画面。在以前的40年里，以每十年为一个阶段，南极冰盖的年均消融速度从80年代的400±90亿吨，猛增至2017年的2520±260亿吨[17]，熔化速度增长了五倍。
南极不合区域的冰盖平均质量损掉速度折线图 ｜时光范围为1979-2017年，数据源自[17]，图片译自@科学美国人。
融冰成水，汇成溪流，流入湖泊或者海洋。在这个越来越热的世界里，南极冰盖正在加快熔化。南极正和这个世界上所有其他的冰封世界一样，一齐走向难以预感的将来。
夕照余晖下的南大年夜洋冰山 ｜ 图源@VCG
? 重返中新世的暗影 ?
如前文所述，在大年夜约3300~3400万年前，600ppm的CO2可能是南极冰盖快速发育的一个门槛，如今的人类，距离这个门槛正在越来越近。跟着世界各国工业化的成长和能源需求的增长，碳排放掉控的风险已经从迷雾中显出身形。
研究者们模仿过几种不合碳排放路径[18]，但即就是中等排放路径RCP4.5，也面对二氧化碳浓度在本世纪中期冲破600ppm的极大年夜风险。而高排放路径RCP8.5，即世界保持当前碳排放范围持续成长下去，则面对着全球气温升高3.2-5.4℃，二氧化碳浓度跨越1000ppm的风险。
人类会选择哪一种将来？ ｜ RCP路径是根据不合碳排放量模仿的将来升温场景，大年夜力减排实现负排放的RCP2.6路径是最幻想的预期，本世纪末的全球升温不跨越2.3℃；而无所作为的RCP8.5路径是最糟糕的预期，本世纪末的全球平均温度或升高3.2-5.4℃，译自[19]。水泥在临盆和正常应用中，也会产生二氧化碳排放，是化石燃料之外比较重要的碳排放源。
这对南极可能意味着什么？也许遥远的地质汗青可以给出一些线索。
在距今约1400万年前的中新世气候暖和期，全球平均温度大年夜约比现代高3-4℃，接近本世纪末碳排放掉控场景下的最坏情况（RCP8.5）。有研究人员分别应用不合的地球轨道背景配以不合的二氧化碳浓度，对当时南极冰盖的情况进行了计算机模仿，发明当二氧化碳浓度达到500ppm时，冰盖将大年夜幅分开海岸线；达到840ppm时，南极洲将出现大年夜范围岩石裸露[20]。
中新世南极熔化范围模仿成果 ｜ 以不合的轨道和温室气体前提进行的数值模仿，地形数据选用了现代南极地形，译自[20]，有修改
是以，500-840ppm的二氧化碳浓度，可能是南极冰盖将会出现大年夜幅撤退撤退的关键区间。不出不测的话，我们这一代人可以亲目击证这一时刻的到来，不知是一种见证重要汗青的荣幸，照样一种即将面对残暴将来的不幸。
假如保持高排放程度到本世纪末（RCP8.5路径），跟着两极冰盖和山地冰川的熔化，以及海水受热膨胀，最终引起的海面上升有可能达到0.6~1.1米[21]??当然，也不清除更高一些。
或许如许的海面上升幅度并弗成怕，然则今后呢？
南极夕照 ｜ 夕阳，孤立的冰山，裸露的山岩，南极洲的明天会是什么样子呢？图源@VCG
03
尾声
南极的故事，从来并不仅仅关乎南极本身。这就像人类的行动，影响到的从来不仅仅是人类本身。
南极的昨天，既是汗青的过程，也塑造了新的地球汗青。南极的将来，既控制在地球自身的节律里，也取决于人们将会作出如何的决定。2019年夏天，一座冰岛冰川的消失，激发了全球舆论的存眷。个中，一份冰岛人写给冰川的墓志铭非分特别发人深省。
写给Ok冰川的墓志铭 ｜ 2019年8月，冰岛Ok冰川因消融严重被撤消冰川资格，成为汗青的一部分。这是冰岛工资Ok冰川撰写的墓志铭，留在了它曾经矗立过的处所。翻译、制图@云舞空城 陈睿婷
寥寥数语，将现代世人在成长与生计、科学与政治、如今与将来之间的纠葛展示得极尽描摹。面对南极的以前与将来，我们同样可以或许感触感染到属于这个时代的某种彷徨，那是一种“明明知道成果，却不知该若何去做”的彷徨。但这些今人正在经历的彷徨，却也构成了将来人们回想今天时所看到的每一个决定时刻。
改变本身，改变世界，并不须要太多豪言壮语。我们知晓了南极激荡的过往，我们也懂得了南极的一种暗淡将来，剩下的，就是为后世的人们去真的做点，我们早就该做的工作。
