【海洋地理】解开南极冰盖冰下环境谜团的“钥匙”

在气候变化背景下，南极冰盖向海洋输送量的不确定性是预测未来海平面变化面临的巨大挑战，主要原因是对冰盖底部以及冰架接地线附近过程和特性知之甚少，相关的观测资料极其匮乏。
现有研究表明，南极冰盖向海洋的输送主要是通过冰架进行的，但目前对冰架的融冻过程、接地线附近特性、冰架与海洋相互作用等缺乏直接观测资料，从而使得通过冰架向海洋输出量的估算存在较大误差。利用冰架热水钻实现对冰架下海洋水文观测、冰架下水体及沉积物采样，对获得准确的输出量，进而准确评估南极冰盖融化对海平面的贡献至关重要。
" M0 n4 A( E! ~5 w7 C另外，自在南极冰盖下发现东方湖后，又在南极冰盖下发现了近400个冰下湖，这些发现预示着南极冰盖下可能存在着一个庞大的冰下水系，这个水系可能也构成了冰盖-海洋物质平衡的重要组成部分。此外，冰盖下岩石圈的现代地质作用（地震、地热、火山作用等）、冰下地形地貌亦可能对冰盖稳定性产生重要影响。但迄今为止，人们对南极冰盖冰下水环境和地质环境状况所知甚少。
0 }: V' X6 U' R% _/ c; i南极冰盖冰下湖极有可能是冰盖形成以前就存在的，可能保存有远古时期的活的生物，这些生物经历了从地表环境到高压、黑暗、低温和无氧环境的演化保存至今。冰下湖的探测，特别是冰下湖生命的探测，有望获得重大的科学发现。
( b! x4 E/ P, \) }$ U) U7 P# O( g研发系列深冰探测装备，是解开南极冰盖深冰环境特别是冰下环境诸多谜团的钥匙，不仅具有重要科学意义，也是对工程技术发展的极大挑战。
我国在南极冰盖深冰探测装备研发方面已经有较多的积累，在过去10年中，相继研发出了深冰芯钻机、大口径热水钻机、冰下地质钻机、冰下湖无污染取样钻具。此外，我国还利用“雪鹰-601”固定翼飞机科学平台，对东南极伊丽莎白地进行了大范围冰下地形、冰盖厚度探测，取得了大量探测数据。这些装备的研发成功是我国南极科学的重要进展。
' k/ O) q+ ?9 M0 @7 I) P2013年1月21日，我国通过国际合作建造的第一套4000米液封式深冰芯钻机成功投入使用。这是世界上海拔最高的深冰芯钻探。
9 T! r$ Q2 I2 w0 B  v, R1 p, i我国南极昆仑站位于南极冰盖最高点，那里是获取超过百万年古老深冰芯的最佳地点之一。昆仑站深冰芯大科学工程瞄准国际冰芯科学研究的最前沿，不仅填补了我国深冰芯科学研究领域的空白，而且也受到国际南极科学领域的高度关注。
2008-2011年通过国际合作成功研制出适合昆仑站环境的深冰芯钻，2012年在我国第29次南极科学考察队成功打了“第一钻”，是当时国际上在最严酷自然环境开展的第一支深冰芯钻探工程。南极深冰芯研究在重建地球古气候记录，反演地球气候演变历史，阐明温室气体在全球气候转型过程中的作用，预测地球气候未来变化趋势，研究全球环境变化具有重要科学价值。
2017年4月，在科技部“十二五”海洋技术领域“863计划”的支持下，我国研制成功了第一套大型冰架热水钻。该钻机针对南极中山站附近的埃默里冰架探测设计研制，具有大深度、大口径、快速钻进的能力，同时实现了钻进、钻探测控、钻孔参数测量的同步化，为开展南极冰架－海洋相互作用等国际前沿科学问题奠定了基础。
% x! T: l) v2 j  o: ]) W) |, C* G埃默里冰架是下切最深的冰架，它向海洋的输出占东南极冰盖近20%，它与海洋的相互作用、冰架下水团环流与冰架的稳定性等是重要的科学前沿，利用我国已研制成功的这套大型热水钻机开展埃默里冰架的研究，将使我国跻身于国际南极冰盖、冰架、海洋研究的先进方阵。
7 C5 I5 l+ V5 F/ A& G3 n2019年初，中国自主研发的极地钻探装备成功钻穿近200米厚的南极冰盖，获取了连续的冰芯样品和冰下岩心样品。这是中国自行研制的极地冰盖及冰下基岩钻探装备首次在南极应用，所获冰下岩心样品是当时国际上在这一区域首次获得，为研究南极冰盖运动和演化，以及东南极冰下地质学研究提供了重要的科学依据。
在南极冰下湖无污染取样钻具研制方面，我国研制成功冰下湖探测取样200米试验样机、2500米工程样机，为我国开展南极冰下湖探测奠定了坚实的基础。
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