“关山度若飞,万里赴戎机。”极地科考如战场,与危险和困难作战,与体力和耐力角逐,与时间和天气赛跑。11月5日,“雪龙”船结束第5次北极科学考察任务返回祖国不过月余,旋即又载着中国第29次南极科学考察队,奔赴万里之遥的南极大陆,踏上了长达5个多月的科考征程。作为我国唯一专门从事极地考察的科学研究和后勤保障机构,中国极地研究中心送走了又一批科学家、后勤保障人员和“雪龙”船员,期待他们在科学考察与研究上再立新功。
此次南极科考有哪些科研项目,研究意义是什么?记者带你走进中国极地研究中心,了解其承担的冰川、生物、海洋等部分科研项目,了解项目的基本内容、背景意义、科考作业情况及环境影响,尤其是对我国气候变化的影响和重要意义。
冰川学研究
当今,全球气候变化对人类的影响举世瞩目,世界各国纷纷聚焦该领域的研究。加强南极冰盖领域的考察与研究已成为我国与全球化发展同步、应对气候变化、实现可持续发展的必然选择,既是实现我国参与国际极地领域竞争的关键,又可以进一步拓展我国南极未来发展空间,具有重大历史意义和现实意义。
“苟利国家生死以,岂因祸福避趋之。”路遥、极寒、缺氧,南极内陆冰盖考察艰苦万分、危险重重。中国极地研究中心的科考人员十几年如一日,跋山涉水,攻坚克难,循序渐进,积累了许多样品资料,研发了许多科研成果,以全球视野关注国际冰盖科学前沿发展,特别是重视冰盖底部过程与环境对冰盖快速变化和稳定性的影响。
本次南极科考内陆队将对断面冰川学、气象学等进行补充考察,进一步完善前人在该地区的相关研究。冰川学研究的内容包括“中山站—冰穹A”断面冰雷达探测研究、昆仑站及内陆典型区域冰盖演化探测研究、“中山站—冰穹A”断面冰川学及大气科学调查研究、深冰芯钻机系统安装调试与深冰芯钻探。
在“中山站—冰穹A”断面冰雷达探测研究方面,科考队员将在中山站至冰穹A断面上,全程开展新一代自主研发的深冰雷达和GPR高分辨率车载冰雷达精确探测。除了获取冰体厚度、等时冰层结构、冰下地形探测和浅部积累率数据外,科考队员更注重冰下过程和特征环境信息以及冰盖积累率异常信息的提取,探寻可能发育的冰下湖或冰底水系,为古冰流的存在提供最直接的观测证据。
在昆仑站及内陆典型区域冰盖演化探测研究方面,科考队员将在中国第28次南极科考队工作和AGAP数据特征基础上,对冰穹A区域进行补充和强化观测。科考队员将以昆仑站为大本营进行加密探测,绘制高精度冰下过程雷达影像图。若条件允许,还将以昆仑站为中心实施矩形测线的雷达探测,重点探测高分辨率内部冰层和积累率空间分布形态。内陆队返程中,将选取最具代表性的区域采用深部探测冰雷达开展网格状密集测量,对再冻结冰的内部结构和几何特征进行冰雷达三维探测。
在“中山站—冰穹A”断面冰川学及大气科学调查研究方面,科考队员将进行物质平衡观测和冰川运动观测,对整个断面的雪冰化学通量进行研究,了解大气环流与雪冰记录之间的关系;对断面气象观测的空白地区进行补充观测,在走航过程及内陆行进沿线采集大气化学样品,将冰盖大气成分与全球大气成分进行对比,得出纬向分布规律,为业务化观测积累经验;在自动气象站所在位置进行气象参数与雪冰参数的同步提取,用气象记录检验和解读雪冰记录。
在深冰芯钻机系统安装调试与深冰芯钻探方面,科考队员将对深冰芯钻机各子系统分别进行调试安装和总体组装。借助导向孔对钻机的各组件进行调试,视情况启动深冰芯钻探。
通过上述一系列科学考察活动,科考队希望在冰盖变化的不稳定性物理机制及其在冰盖演化、海平面变化和应对气候变化等方面取得有影响力的研究成果。
南极海洋生物考察
环境污染、气候变暖等全球问题对洁净的南极产生什么影响,极地海鸟生活是否规律,企鹅环境适应性如何,海豹生存是否正常,海洋微生物的体态特征怎样,极地生态系统的变化给出了最佳答案。在全球变化和环境污染作用下,极地生物资源和生态环境在如此强大的压力胁迫下将发生怎样的变化,演替趋势如何,这是海洋生态学家和环境学家迫切需要解决的问题。
由极地中心承担的长城站站基生物生态环境本底考察,计划在长城湾和阿德雷湾区域设置28个站位,预计获取样品849个,并经实验室分析,获取不同类别的数据。科研工作者将根据获得的数据进行基本理化性质、有机污染物、重金属、浮游生物群落等项目的研究。
相对于长城站的项目,中山站的南极周边海域海洋生物多样性和生态考察更为复杂。其内容包括基础环境参数,微生物多样性,微微型和微型浮游生物群落,病毒多样性、小型原生动物、小型浮游植物、小型浮游动物丰度、分布及与环境因子相关性调查,大、中型浮游动物群落丰度、分布及与环境因子相关性调查,底栖生物群落,鱼类浮游生物种类组成和空间分布等。
样品采样也相当复杂。其中,微生物多样性需要采集南大洋底、表微生物量,获取19个站位的海洋沉积物表层样品。微型及微微型浮游生物群落需要在50个站位采样,样品包括光合生物、异养生物、分级色素及分子生物学、分子多样性层等。小型浮游植物和浮游动物等计划设置26个站位采样,其中,垂直拖网每站需船时0.5小时。耗时最长的是Multinet全水深大中型浮游动物拖网取样,需要在艉部进行作业,采集10个站点,每站需船时2.5小时。样品采集后,科考队员要进行计算、保存、简单分析等一系列工作,最后将样品带回国内,进行深入研究。
南极周边海域海洋生物多样性和生态考察旨在查明南大洋生物群落结构组成与多样性现状,探知南大洋生态系统关键种和资源种分布及生态适应情况,为南大洋生物资源的开发、保藏、应用和评估环境与微生物群落结构的关系研究等提供数据。
南极昆仑站天文科考
生命从哪里来?是不是只有地球上有生命?要回答这个问题,就要搜寻宇宙中可能允许生命存在的物理环境。目前,国际天文观测中一个重要的目标,就是希望发现与地球环境相似的行星,比如上面要有水、有氧气、温度适宜等。南极天文台的建成,将在这方面大有作为。
2012年8月,被称为天文界“奥运会”的国际天文学联合会首次在我国召开,国家副主席习近平在大会开幕式发言中指出,我国近年“在空间天文和南极天文等重要前沿研究领域取得重要进展”。会上,“南极天文与天体物理”会议形式由特别讨论会首次升格为专门的大规模研讨会,充分表明南极天文研究越来越成为国际天文学界的热点。在这一领域,我国近年在冰穹A 开展的天文观测活动走在了世界前列,因而受到国际同行的瞩目。
2012年年初,第28次南极天文科考队成功安装了首台南极巡天望远镜AST3及新一代支撑平台PLATO-A,这是目前南极地区开始观测的最大口径的光学望远镜。本架望远镜自2012年3月15日投入运行,截至5月8日,累计观测746小时,拍摄照片2.8万多张,效果良好。
按照计划,第29次南极科考队将完成对昆仑站天文观测站现有所有仪器设备的维护与更新,特别是首台南极巡天望远镜AST3及其支撑平台。此外,自动气象站、傅立叶光谱仪FTS、声雷达SNODAR等小型仪器设备由于长期无人值守遥控观测,也需要现场检测调试和取回观测数据,这将为我国南极天文研究提供非常重要的数据资料。
高空大气物理观测
极区是地球开向太空的窗口,是太阳风—磁层—电离层相互作用最直接的区域,也是监测地球空间环境和空间天气现象的重要平台。中山站白天经过磁层极隙区,晚上处在极盖区,能观测到日地能量传输过程的电离层征兆和极光现象,是开展极区高空大气物理现象研究的理想场所。同时,中山站和北极黄河站几乎处在同一根磁力线的南北两端,是少数几个极区共轭对之一,也是地球极隙区纬度上唯一的地磁共轭对,非常有利于极区空间环境的南北极对比研究。自上世纪90年代开始,中山站高空大气物理综合观测系统就开始建设,目前已经具备了多手段、多频段的观测方法,积累了多年的观测数据。
此次南极科考高空大气物理观测分为度夏和越冬2个工作环节。科考期间,队员们将利用南极中山站高空大气物理观测系统开展空间环境的连续加密观测,获得极光和极区电离层的多要素观测资料,开展极区空间环境状态研究及太阳活动对极区空间环境的影响和空间天气应用研究,继续获取极光CCD成像数据、极光实时监测系统定时采集图像数据、磁子午面极光光谱仪数据等资料。越冬期间,考察队员将继续保证高空大气物理观测系统现有14台(套)设备的正常运行,为高空大气物理研究项目和国家重大工程项目提供规范的科学数据。此外,考察队还将新增一项磁通门磁力计观测业务。
中山站—昆仑站地球物理观测
在国际极地年中国行动计划执行过程中,我国南极科考队建立了中山站-昆仑站地震台站,至今已经记录了反映南极内陆地壳和岩石圈深部信息的宝贵科学数据。此次南极科考将提取以前在中山站—昆仑站布设的6台低温宽频天然地震仪的观测数据,并通过国际合作收集国外在南极大陆获取的天然地震观测数据,根据自己建立的新方法进行数据处理和计算,获取整个南极大陆的地壳和岩石圈结构等资料。在中山站补充安装一个地震观测台是考察队此次科考的主要任务,在考察队到达中山站后即行安装,并在回国之前把其中的数据盘换回。
2011年4月,国家海洋局党组书记、局长刘赐贵在极地中心调研时强调,极地工作要立足拓展、应对挑战、深化合作、实现转变、多出成果。按照局长的要求,极地中心上下齐动,将拓展的理念融化到思想中,将应对的举措落实到行动里,将合作的意识扩大到专业外,将转变的思路提升到全局上,将成果的研究集中到国家繁荣富强、人民幸福安康上。参加中国南极第29次科考的极地中心科研工作者正是在这样的要求下,肩负着祖国和人民的重托又一次奔赴万里之遥的南极,开始了长达5个多月科考的漫漫征程……
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