在南極大陸上覆蓋著巨厚的冰蓋,它的面積達1398萬平方千米,最厚的地方4200為米.南極冰蓋的總體積多達2450立方千米,如果全部融化,全球洋面將升高60米,地球上的陸地面積將因此而縮小2000萬平方千米.這將會給世界上人口相對稠密的低海拔地區(qū)造成巨大災(zāi)難.
由于南極大陸的冰蓋厚度深達幾百至幾千米,而且氣候極其寒冷,成冰過程中無融化現(xiàn)象,因而,冰川學家在研究南極大陸冰蓋的年齡及其形成的歷史過程時,采用了鉆取冰巖芯樣品的方法來測定冰川的年齡和形成過程. 他們發(fā)現(xiàn),從冰川的冰巖芯樣品中,不僅能測定冰川的年齡及其形成過程,還可以得到相應(yīng)歷史年代的氣溫和降水資料,以及相應(yīng)年代的二氧化碳等大氣化學成分含量,開辟了恢復(fù)古氣候和古環(huán)境的新的道路.
記載表明,從南極大陸冰蓋獲取的冰巖芯樣品,至今已超過2 000米,獲得了15萬年以前的古氣候和古環(huán)境資料.
怎樣從冰巖芯中獲取古氣候和古環(huán)境資料呢?
首先,談?wù)勗鯓荧@取冰齡的資料.南極大陸冰蓋是由積雪本身的重量長年擠壓而成,稱作重力冰.在南極地區(qū),由于氣溫低,積雪不融化,每年的積雪形成一層層沉積物,年覆一年,從底部至上逐漸形成一層層的冰層,越向上年代越新.冬季氣溫低,雪粒細而緊密；夏季氣溫高,雪粒粗而疏松；因而,冬夏季積雪形成的冰層之間具有顯著的層理結(jié)構(gòu)差異,宛如樹干的年輪一樣,用這種直觀的方法只可辨認約90米厚的冰層,代表近500年的冰沉積.
要測定100米以上深度的冰層年齡,必須采用氧同位素方法.
所謂氧的同位素,即同屬氧元素(O)但具有不同質(zhì)量數(shù)的氧原子,如160,170和180就是氧的三種同位素.氧元素符號左上角的數(shù)就是它的質(zhì)量數(shù),顯然,180的質(zhì)量大于160.180不易蒸發(fā),160易蒸發(fā).因而,在夏天高溫時,水中所含160減少,故180/160的值增加；冬天低溫時,180/160的值減小.據(jù)此,測定冰巖芯中各冰層的180/160值的變化,即可確定冰層的年齡,其比值的每一起伏為一年.
有了冰層的冰齡資料,再進一步確定各冰齡的氣溫和降水,便有了歷史氣候的最基本資料了.
原則上,可以根據(jù)各年冰層厚度來確定當年降水量.其條件是,必須選取風速很小地區(qū)的冰巖芯資料才能排除風吹雪的影響.如在南極內(nèi)陸區(qū)域,由于風速小,冰芯資料最理想.
用冰巖芯提取古代氣溫資料的方法,可通過如下途徑來進行.
首先,實際測定一組現(xiàn)代南極冰蓋上某點的氣溫以及相應(yīng)時間降雪中180/160的值,得到南極地區(qū)氣溫與180/160值關(guān)系的曲線；之后,把過去某一年冰層中180/160值與上述曲線比較,即可知道當年的氣溫.
原蘇聯(lián)科學家利用這種方法,測定了南極東方站0～2 038米的冰巖芯樣,從中提取了15萬年以來全球氣溫的變化資料.獲取古環(huán)境資料的方法可根據(jù)不同的大氣化學成分而定.
二氧化碳與氣候的密切關(guān)系,早為世界關(guān)注.因此,獲取二氧化碳歷史資料的問題首先得以提到日程.
在南極地區(qū)降雪堆積并擠壓成冰層的過程中,總會保留下冰間空穴,保存著當年的空氣.在分析冰巖芯樣品時,分析冰芯中滯留氧泡的大氣化學成分,即可測得其二氧化碳的含量.有了上述測定冰齡的前提,二氧化碳的歷史演變資料即可得到.
依照同樣方法,還可分析得到諸如甲烷、氮等氣體的歷史資料.
從冰巖芯樣品中還可分析其他各種元素成分的歷史資料,如硫,砷,氟,鉀……這些都是研究環(huán)境變化的重要依據(jù).同鉆取冰巖芯樣品分析古氣候和古環(huán)境資料的思路一樣,從南極地區(qū)的湖底沉積中鉆取巖芯,也可得到古氣候和古環(huán)境的歷史資料.
南極自然環(huán)境
南極洲,位于南極點四周,為冰雪覆蓋的大陸,周圍島嶼星羅棋布.南極洲的面積,包括南極大陸及其島嶼面積共約1 400萬平方千米,占世界陸地面積的10%,與美國和墨西哥面積之和相當,是中國陸地面積的1.45倍,是澳大利亞陸地面積的2倍,為世界第五大陸.
南極洲四周圍繞著多風暴且易結(jié)冰的南大洋,為大西洋、太平洋和印度洋的延伸,面積約3 800萬平方千米,為方便研究,被稱為世界第五大洋.
南極洲距離南美洲最近,中間隔著只有970千米的德雷克海峽.距離澳大利亞約有3 500千米；距離非洲約有4 000千米；與中國北京的距離約有12 000千米.
南極洲是由岡瓦納大陸分離解體而成,是世界上最高的大陸,平均海拔2 350米.橫貫?zāi)蠘O山脈將南極大陸分成東西兩部分.這兩部分在地理和地質(zhì)上差別很大.東南極洲是一塊很古老的大陸,據(jù)科學家推算,已有幾億年的歷史.它的中心位于難接近點,從任何海邊到難接近點的距離都很遠.
南極洲有藏量豐富的礦物資源,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的就有220多種,包括煤、鐵、銅、鉛、鋅、鋁、金、銀、石墨、金剛石和石油等.還有具有重要戰(zhàn)略價值的釷、钚和鈾等稀有礦藏.據(jù)科學家估計,在羅斯海、威德爾海和別林斯高晉海蘊藏著150億桶的石油和3萬億立方米的天然氣.南極洲煤的蘊藏量大約有5 000億噸.在東南極洲的維多利亞地以南煤的蘊藏量極為豐富,煤田面積達2萬平方千米.
在南極大陸的巖石或陡坡上惟一發(fā)現(xiàn)到的植物是最低等的植物,它們面北朝著太陽生長.生物學家在大陸的邊緣及附近的島嶼,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)約400種不同的苔蘚植物.在南極洲最溫暖的南設(shè)得蘭群島以外和南極半島的北部,也發(fā)現(xiàn)了兩種粉紅色的顯花植物.在夏天解凍的池塘里,還發(fā)現(xiàn)了200種淡水藻類.在雪地上也有藻類生長.
南極地區(qū)的動物主要有鯨、海豹和企鵝.它們從陸地周圍的海水中覓取食物.在20世紀50年代,南極海域的捕鯨量曾達到世界捕鯨量的70%左右.所捕獲的最大藍鯨,身長37.8米,為目前所知世界上最大的動物.南極海域生產(chǎn)名貴毛皮的海豹慘遭捕殺,現(xiàn)有6種海豹.生活在南極地區(qū)的企鵝有4種,即帝企鵝、阿德利企鵝、金圖企鵝和帽帶企鵝.帽帶企鵝大部分分布在南極半島.帝企鵝體型最大,高約122厘米,重達41千克；阿德利企鵝是南極洲最常見的鳥類,高約48厘米,重約5千克.南極洲的許多島上也有其他種類的鳥,包括雪鳥、信天翁、海鷗、賊鷗和燕鷗.南極洲還有一些不會飛的昆蟲.在南極點的483千米范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)有粉紅色的小蟲生長.南極海域的特色之一是浮游生物如甲殼動物豐富,其中磷蝦的蘊藏量就有10億～50億噸.有些科學家認為,如果每年捕獲1億～1.5億噸,不會影響南大洋的生態(tài)平衡.
南極大陸的98%被冰雪覆蓋著.經(jīng)過科學家多年的測量計算,南極冰蓋的總體積為2 800萬立方千米,平均厚度為2 000米,最大厚度為4 800米.最厚的冰蓋位于東南極洲的澳大利亞凱西站以東510千米處.南極大陸常年被冰雪覆蓋著,使得南極大陸,特別是東南極洲形成一個穹狀的高原,平均高度為2 350米,成為地球上最高的大陸,比包括青藏高原在內(nèi)的亞洲大陸的平均高度要高2.5倍.但是如果不計這巨大的冰蓋,南極大陸的平均高度僅有410米,比整個地球上陸地的平均高度要低得多.南極洲的冰和雪是世界上最大的淡水庫,全球90%的冰雪儲存在這里,占整個地球表面淡水儲量的72%.南極洲有眾多的冰川.其中,蘭伯特冰川是世界上最大的冰川,這條冰川充填在一條長400千米、寬64千米、最大深度為2 500米的巨大斷陷谷地中.它以每年平均350米的流速流注入海.南極洲四周的冰障有10多座.在羅斯冰架臨海的羅斯冰障長達900千米.平均高出海面50米,是南極洲最大的一座冰障.據(jù)專家測定,冰障在不斷地移動,羅斯冰障的前端一般每天移動3米,最快達4米.在南極大陸的毛德皇后地和阿黛利地的冰舌,向海中伸出100多千米,寬度達50多千米,高度20～30米.由于海冰從海岸向大洋延伸,南極大陸面積冬季和夏季相差甚大.科學家測定,在格林尼治子午線上,夏季南極大陸的直徑為3 600千米,而冬季可達5 400千米.