南极冰盖

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南极地表大范围的常年不融化的冰雪覆盖。南极冰盖始于渐新世末。至少在距今500万年前就达到目前规模。冰盖绝大部分分布在南极圈内,直径约4500千米,面积约1398万平方千米,约占南极大陆面积的98%。平均厚度为2000~2500米,最大厚度达4000多米。冰盖的总体积约2450万立方千米,占世界陆地冰量的90%,淡水总量的70%。冰盖外围发育有面积约为150多万平方千米的陆缘冰,主要有罗斯冰架菲尔希纳冰架埃默里冰架等。在内陆冰盖的补给和推动下,冰架边缘不断崩坍出大量的平顶冰山。
南极大陆上覆盖着巨厚的冰盖,它的面积达1398万平方千米,最厚的地方4200为米。南极冰盖的总体积多达2450立方千米,如果全部融化,全球洋面将升高60米,地球上的陆地面积将因此而缩小2000万平方千米。这将会给世界上人口相对稠密的低海拔地区造成巨大灾难。
中文名
南极冰盖
直    径
4500千米
面    积
约1398万平方千米
最大厚度
4000多米

南极冰盖历史

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南极冰盖始于渐新世末。至少在距今500万年前就达到目前规模
记载表明,从南极大陆冰盖获取的冰岩芯样品,至今已超过2 000米,获得了15万年以前的古气候古环境资料。

南极冰盖作用意义

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南极冰盖 南极冰盖
由于南极大陆冰盖厚度深达几百至几千米,而且气候极其寒冷,成冰过程中无融化现象,因而,冰川学家在研究南极大陆冰盖的年龄及其形成的历史过程时,采用了钻取冰岩芯样品的方法来测定冰川的年龄和形成过程。 他们发现,从冰川的冰岩芯样品中,不仅能测定冰川的年龄及其形成过程,还可以得到相应历史年代的气温和降水资料,以及相应年代的二氧化碳等大气化学成分含量,开辟了恢复古气候和古环境的新的道路。
记载表明,从南极大陆冰盖获取的冰岩芯样品,至今已超过2 000米,获得了15万年以前的古气候和古环境资料。
怎样从冰岩芯中获取古气候和古环境资料呢?
首先,谈谈怎样获取冰龄的资料。南极大陆冰盖是由积雪本身的重量长年挤压而成,称作重力冰。在南极地区,由于气温低,积雪不融化,每年的积雪形成一层层沉积物,年覆一年,从底部至上逐渐形成一层层的冰层,越向上年代越新。冬季气温低,雪粒细而紧密;夏季气温高,雪粒粗而疏松;因而,冬夏季积雪形成的冰层之间具有显著的层理结构差异,宛如树干的年轮一样,用这种直观的方法只可辨认约90米厚的冰层,代表近500年的冰沉积。

南极冰盖测定方法

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要测定100米以上深度的冰层年龄,必须采用氧同位素方法。
所谓氧的同位素,即同属氧元素(O)但具有不同质量数的氧原子,如氧16,氧17和氧18就是氧的三种同位素。氧元素符号左上角的数就是它的质量数,显然,氧18的质量大于氧16。氧18不易蒸发,氧16易蒸发。因而,在夏天高温时,水中所含16减少,故18/16的值增加;冬天低温时,氧18/氧16的值减小。据此,测定冰岩芯中各冰层的氧18/氧16值的变化,即可确定冰层的年龄,其比值的每一起伏为一年。
有了冰层的冰龄资料,再进一步确定各冰龄的气温和降水,便有了历史气候的最基本资料了。
原则上,可以根据各年冰层厚度来确定当年降水量。其条件是,必须选取风速很小地区的冰岩芯资料才能排除风吹雪的影响。如在南极内陆区域,由于风速小,冰芯资料最理想。
用冰岩芯提取古代气温资料的方法,可通过如下途径来进行。
首先,实际测定一组现代南极冰盖上某点的气温以及相应时间降雪中18 O/16 O的值,得到南极地区气温与18 O/16 O值关系的曲线;之后,把过去某一年冰层中18 O/16 O值与上述曲线比较,即可知道当年的气温
原苏联科学家利用这种方法,测定了南极东方站0~2 038米的冰岩芯样,从中提取了15万年以来全球气温的变化资料。获取古环境资料的方法可根据不同的大气化学成分而定。
二氧化碳与气候的密切关系,早为世界关注。因此,获取二氧化碳历史资料的问题首先得以提到日程。
在南极地区降雪堆积并挤压成冰层的过程中,总会保留下冰间空穴,保存着当年的空气。在分析冰岩芯样品时,分析冰芯中滞留氧泡的大气化学成分,即可测得其二氧化碳的含量。有了上述测定冰龄的前提,二氧化碳的历史演变资料即可得到。
依照同样方法,还可分析得到诸如甲烷、氮等气体的历史资料。
从冰岩芯样品中还可分析其他各种元素成分的历史资料,如硫,砷,氟,钾……这些都是研究环境变化的重要依据。同钻取冰岩芯样品分析古气候和古环境资料的思路一样,从南极地区的湖底沉积中钻取岩芯,也可得到古气候和古环境的历史资料。

南极冰盖南极环境

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南极洲,位于南极点四周,为冰雪覆盖的大陆,周围岛屿星罗棋布。南极洲的面积,包括南极大陆及其岛屿面积共约1 400万平方千米,占世界陆地面积的10%,与美国和墨西哥面积之和相当,是中国陆地面积的1.45倍,是澳大利亚陆地面积的2倍,为世界第五大陆。
南极洲四周围绕着多风暴且易结冰的南大洋,为大西洋、太平洋和印度洋的延伸,面积约3 800万平方千米,为方便研究,被称为世界第五大洋
南极洲距离南美洲最近,中间隔着只有970千米的德雷克海峡。距离澳大利亚约有3 500千米;距离非洲约有4 000千米;与中国北京的距离约有12 000千米。
南极洲是由冈瓦纳大陆分离解体而成,是世界上最高的大陆,平均海拔2 350米。横贯南极山脉将南极大陆分成东西两部分。这两部分在地理和地质上差别很大。东南极洲是一块很古老的大陆,据科学家推算,已有几亿年的历史。它的中心位于难接近点,从任何海边到难接近点的距离都很远。
南极洲有藏量丰富的矿物资源,目前已经发现的就有220多种,包括煤、铁、铜、铅、锌、铝、金、银、石墨金刚石和石油等。还有具有重要战略价值的钍、钚和铀等稀有矿藏。据科学家估计,在罗斯海、威德尔海别林斯高晋海蕴藏着150亿桶的石油和3万亿立方米的天然气。南极洲煤的蕴藏量大约有5 000亿吨。在东南极洲的维多利亚地以南煤的蕴藏量极为丰富,煤田面积达2万平方千米。
在南极大陆的岩石或陡坡上惟一发现到的植物是最低等的植物,它们面北朝着太阳生长。生物学家在大陆的边缘及附近的岛屿,已经发现约400种不同的苔藓植物。在南极洲最温暖的南设得兰群岛以外和南极半岛的北部,也发现了两种粉红色的显花植物。在夏天解冻的池塘里,还发现了200种淡水藻类。在雪地上也有藻类生长。
南极地区的动物主要有鲸、海豹企鹅。它们从陆地周围的海水中觅取食物。在20世纪50年代,南极海域的捕鲸量曾达到世界捕鲸量的70%左右。所捕获的最大蓝鲸,身长37.8米,为目前所知世界上最大的动物。南极海域生产名贵毛皮的海豹惨遭捕杀,现有6种海豹。生活在南极地区的企鹅有4种,即帝企鹅阿德利企鹅、金图企鹅和帽带企鹅。帽带企鹅大部分分布在南极半岛。帝企鹅体型最大,高约122厘米,重达41千克;阿德利企鹅是南极洲最常见的鸟类,高约48厘米,重约5千克。南极洲的许多岛上也有其他种类的鸟,包括雪鸟、信天翁海鸥贼鸥燕鸥。南极洲还有一些不会飞的昆虫。在南极点的483千米范围内发现有粉红色的小虫生长。南极海域的特色之一是浮游生物甲壳动物丰富,其中磷虾的蕴藏量就有10亿~50亿吨。有些科学家认为,如果每年捕获1亿~1.5亿吨,不会影响南大洋的生态平衡。
南极大陆的98%被冰雪覆盖着。经过科学家多年的测量计算,南极冰盖的总体积为2 800万立方千米,平均厚度为2 000米,最大厚度为4 800米。最厚的冰盖位于东南极洲的澳大利亚凯西站以东510千米处。南极大陆常年被冰雪覆盖着,使得南极大陆,特别是东南极洲形成一个穹状的高原,平均高度为2 350米,成为地球上最高的大陆,比包括青藏高原在内的亚洲大陆的平均高度要高2.5倍。但是如果不计这巨大的冰盖,南极大陆的平均高度仅有410米,比整个地球上陆地的平均高度要低得多。南极洲的冰和雪是世界上最大的淡水库,全球90%的冰雪储存在这里,占整个地球表面淡水储量的72%。南极洲有众多的冰川。其中,兰伯特冰川是世界上最大的冰川,这条冰川充填在一条长400千米、宽64千米、最大深度为2 500米的巨大断陷谷地中。它以每年平均350米的流速流注入海。南极洲四周的冰障有10多座。在罗斯冰架临海罗斯冰障长达900千米。平均高出海面50米,是南极洲最大的一座冰障。据专家测定,冰障在不断地移动,罗斯冰障的前端一般每天移动3米,最快达4米。在南极大陆的毛德皇后地和阿黛利地的冰舌,向海中伸出100多千米,宽度达50多千米,高度20~30米。由于海冰从海岸向大洋延伸,南极大陆面积冬季和夏季相差甚大。科学家测定,在格林尼治子午线上,夏季南极大陆的直径为3 600千米,而冬季可达5 400千米。

南极冰盖结构特点

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南极冰盖是由终年不化的降雪逐渐堆积而成的,属于极地大陆冰川类型,它的主要特点是温度低,雪的积累量和消融量都比较小,而且从新的积雪转换成冰的过程非常缓慢,因此冰盖相对比较稳定。其下层的积雪在上层积雪的重力作用下,被压实排气后发生重结晶作用,从而形成了坚硬的冰。南极冰盖的冰和其他淡水冰最大的区别是它们未经过融溶,还含有大量的气体,因此,它保存着完整的层状结构。
远看南极冰盖,由于积雪冻结得非常结实,看到的是一片光滑平坦的冰原。但事实上,冰盖的表面并不光滑。由于冰川是运动的,在冰川的运动中形成了许多分离的小冰川,并携带走了大批由碎石岩块和冰融水混合而成的冰渍石,流动时,就像一把把锐利的锉刀刻蚀着地面,使地面形成了许多盆地和沟槽。南极的风也是天然的雕刻家,它将雪吹成几十厘米到一米左右的冰雪脊梁,从而使表面看似宁静的冰原却处处充满了陷阱。
由于冰盖具有流动性,所以,尽管南极冰盖持续不断的接受者降雪的沉积,而冰盖规模却并没有无限制地增加。南极的冰盖在重力作用下,还会发生塑性变形,并且不断地向沿岸低海拔低地方流动。此外,冰盖底部由于基底温度的作用,以及高压下冰的熔点降低,使得冰盖底部的冰发生融化,形成一个润滑层,由此促进冰盖底部的流动。而且,冰盖表面的倾斜度和冰体的厚度也在很大程度上影响着冰盖表面的运动速度。据观测资料表明,南极的冰盖正在以每年几米甚至几百米的速度向低海拔的方向流动。
像其他大陆一样,南极大陆的总体地形也是由内陆中央向沿海降低的。南极冰盖在重力的作用下始终处于不断运动的状态,并且,由内陆中央缓慢地向沿海方向移动,在海湾地带突入海洋,形成冰架。当冰架上的冰继续向深海方向流动时,就会发生崩解作用,然后形成一座座冰山飘向大海,直至融化。
南极冰盖并不像我们想象的那样全部是冰,南极的冰盖只在沿岸冰川如海的地方和内陆某些出现裸露岩石的部位才能见到成冰。南极冰盖的上面,覆盖着近百米厚的积雪层,其表面仍然在不断地接受降雪的沉积,下层的积雪在重力的压迫下不断地转化成冰。而且,这种雪转化成冰的作用现在仍然在持续不断地进行着。
在南极冰盖上的积雪层中,包含着两个重要的界面,其一是表面与大气相接所形成的雪——气界面;其二是深部与成冰相接所形成的雪——冰界面。在这里,大气、雪、冰之间广泛地进行着的物质与能量的转换,而这种转换,就是通过这些界面来实现的。
大气中的水蒸气凝结成云,然后通过降雪的沉积来到冰盖表面。降雪中的化学成分及固体颗粒能够反映出大气循环的特点,而水中氧同位素的组成,可以反映当时的气温情况。因此,如果南极上空的水汽降落在冰盖表面,而在其沉积作用过程中并没有发生变化,那么,不同年份和季节的积雪层内就能够保存住当时的大气环流特征与气温记录。在冰盖积雪层转变成冰的过程中,虽然也经历了许多复杂的过程,但它或多或少地保存着原始的雪在沉降过程中的许多特点。由此,我们可以看到,全球气候与环境变化的记录在南极冰盖的冰层中得以完整地保存下来了。科学家也这正是依据这一点,以南极冰盖中的冰层为研究对象,来研究地球气候的历史的。
降雪在南极冰盖上的堆积主要取决于风场和雪表面的微形态。由于南极是个寒冷的地区,降雪并不会融化,而是在风力的作用下发生一定程度的搬运,最后在合适的地方沉积下来。在强风场的地区,雪不容易堆积,在有突起的斜坡地带,雪也不容易堆积。因此,南极冰盖上雪的堆积并不是均匀的,在风小的或者是比较平坦的地方,雪可以连续不断地堆积下来;而在风大的或者是斜坡地带,雪的堆积却是不连续的。为了研究气候变化与南极冰盖的关系,有必要观测和分析冰盖降雪沉积的速率、积累量以及冰盖的运动速率等问题。对于南极的探索是无止境的。

南极冰盖移动岛屿

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在南极周围的海洋——南大洋中,漂浮着数以万计的冰山,其体积之大,数量之多,远远超乎人们的想象。
冰山和浮冰不同,浮冰是海水冻成的海冰,冰山却是从南极冰盖分离出来的。每年都有数以万计的冰山从陆缘冰的边缘分裂出来,成为南极海域独具特色的象征。据统计,南大洋的冰山大约有218 300座,平均每个冰山重10万吨。
南大洋的冰山一般长几百米,高出海面几十米。大的冰山长度达到170千米。有的台状冰山高出水面达到450米。1956年美国人观测到一座罕见的大冰山,长333千米,宽96千米。这样巨大的冰山,难道还不是移动的岛屿吗?实际上,它的面积远远超过了大洋中的一些小岛。像1987年10月初,罗斯冰架断裂出一座冰山,长140千米,宽约40千米,高出水面225米,它的面积达到6 400平方千米。
冰山,在海上看起来似乎是静止的,实际上它在移动,随着海流的方向移动。由于南大洋的冰山体积大,海面温度低,一般寿命可以维持10年左右才会慢慢消融,而北冰洋的冰山平均寿命仅有2~4年。
南大洋飘泊的大量冰山,虽然美丽壮观,给大洋增色不少,但是对于航行在海上的船只来说,冰山始终是可怕的威胁。尤其是在大雾迷漫、能见度很差的天气,或者是夜航期间,船只必须小心翼翼地避开冰山。现代化的考察船和其他船只,配备了雷达装置,能够及时发现冰山,因而减少了和冰山相撞的危险。
白色的沙漠
南极是世界上最干燥的大陆。
不同于撒哈拉大沙漠高温少雨的典型热带沙漠气候南极大陆的干旱却是因为低温寒冷造成的。据观测记录,整个南极大陆的年平均降水量只有55毫米。降雨量的多少从沿海向内陆呈明显下降的趋势。沿海地区,冷暖气流的交汇,降水量较多,每年可达300~400毫米,但这些降水量较多的地区都处在南极大陆的边缘。南极大陆由于覆盖广袤的冰原,它的上空常年为高压冷气团控制,从海洋上吹来的暖湿气流根本无法进入南极内陆,而且在寒冷冰原上空的冷空气异常干燥,含有的水蒸气极少,所以越往南极内陆,降水的机会越少。年平均降水量只有30毫米,南极点附近只有5毫米,几乎没有降水现象。
由于气候寒冷,南极大陆降下来少量的水,也不是液态的雨水,而是纷纷扬扬的雪花或雪粒。除了南极半岛北端以及较低纬度的一些岛屿,在暖季有降雨现象,整个南极大陆实际上看不见降雨。到南极大陆进行科学考察的科学家,最明显的感觉是空气干燥,在最初的头几个星期,差不多所有的人嘴唇都会干裂。
正因为如此,人们把南极大陆称作白色的沙漠。
极度的干燥,使各国科学站对防火视为性命攸关的大事。因为他们知道,干燥,加上风大,哪怕有一点点小火星,都会酿成难以挽回的大祸。澳大利亚在南极大陆东部濒临纽康姆湾的凯西站,就曾在一场大火中毁于一旦。
为了防御可能发生的火灾,各国科学站的房屋都注意保持一定的间隔,对易燃物品如木料、油桶的存放尤其小心。中国南极长城站的各栋房屋之间都保持相当距离,贮存燃料的油库特意建在距离站区很远的海滨高地,这都是预防火灾的措施。此外,各国都十分重视建筑材料的防火性能,中国在南极建成的第一个科学站——长城站,室内的天花板、四面的墙壁采用的是石膏板,室内地板、房门和地毯也经过防火处理,目的都是为了杜绝火灾事故。有“南极第一城”之称的美国麦克默多基地对防止火灾也很重视,不仅对每个新来乍到的人反复进行防火教育,基地还有一支专职的消防队,所有的电话机上都标有火警的电话号码,以防万一。
南极的各国科学站如此重视防止火灾,不是没有原因的,这不仅是因为南极是地球的风极,大风的天气会容易酿成火灾,而且南极是世界上最干燥的大陆,又缺乏水源,一旦着火,必定造成可怕的灾难。
在南极考察队员中流传一句:南极的冷不一定能冻死人,南极的风能杀人。
南极被称作世界的“风极”,有人称南极是“暴风雪的故乡”。而寒冷的南极冰盖则是孕育暴风的产床,它像一台制造冷风的机器,每时每刻都用冰雪的躯体冷却空气,孕育风暴。由于南极大陆是中部隆起向四周倾斜的高原,一但沉重的冷空气沿着南极高原光滑的表面向四周俯冲下来,顿时狂风大作,天昏地暗,一场可怕的极地风暴便大施淫威了。这时,雪冰夹带着沙子从滑溜溜的冰坡铺天盖地滚来,简直像一道无形的瀑布,像一股飞奔而来的洪流,人在暴风中不过像迅猛流水中的一片叶子和一粒石子,休想站住脚。日本的一位考察队员就在暴风雪中被吹得卡在冰柱中失去了生命。
那么南极的风究竟有多大呢?
我们通常所说的12级台风风速达到32.6米/秒,可南极的狂风常常超过12级台风。在南极半岛罗斯岛南极大陆内部,风速常常达到55.6米/秒以上,有时甚至达到83.3米/秒!
在南极的各国科学站,都经常遇到暴风袭击的情景。尤其是寒冷而黑暗的冬季,呼啸的狂风,将房屋摧毁,推倒通讯铁塔,卷走车辆,甚至将一座科学站变成一片废墟的事时有发生。
因此,为了考察人员的安全,南极各国科学站都有严格规定,大风时绝对禁止外出,一切室外活动都是不能允许的。平时外出一定要两人结组同行,并给每人一个登山包,里面装高频电话、食品、鸭绒睡袋、海绵垫、铁铲等物品,以维持个人的生存。在各国南极科学考察站周围,都建有大小不一的“避难所”。里边备有食品、饮料、燃料、通讯设备、小型发电机、取暖炉、睡袋等日常生活必需品。在外考察的科学家一旦碰上突如其来的暴风雪,一时又赶不回站的,均可就近躲进避难所。避难所的门是不上锁的,也不分国籍,“南极人”可以进任何国家的避难所食宿,离去时只需留字致谢。
为了保障考察人员不致迷失方向,科学站的主要建筑物之间的道路上,必须埋设标桩,拉上粗粗的绳子。遇上暴风雪时,队员们可以扶着绳索行走,以防被暴风雪刮走。所以南极考察队员把这些绳索叫做“南极救命绳”。
奇寒
南极是世界上最寒冷的地方,堪称“世界寒极”。南极点附近的平均气温为-49°C,寒季时可达-80°C。
南极没有春夏秋冬四季之分,只有暖季和寒季之别。即使是11月到次年3月的暖季,南极内陆的月平均温度也在-34°C~-20°C之间。至于每年4月到10月的寒季,南极内陆的气温一般在-40°C~-70°C之间。
如此寒冷的天气对人类和一切生命都是可怕的威胁。在南极,因寒冷而冻伤致残的事例是经常发生的。
美国国家科学基金会为南极考察队员专门编写的《南极生存指南》特别警告:“如今的南极作业,面部冻伤(组织冻伤)是最常见的,而手、脚和其他暴露皮肤的部位也会冻伤。”
南极为什么会这样寒冷呢?这是由于南极冰盖犹如一面巨型反射镜,把太阳辐射的热量的90%反射回宇宙空间的缘故。在南极的寒季,太阳几乎很少露面,南极的大地吸收的热量微乎其微,但是到了暖季,虽然太阳终日在地平线上徘徊,可是,雪白的冰盖表面又拒绝接受太阳的热量,结果南极终年是九天寒彻、大地封冻的荒凉景象。
《南极条约》和保护南极条约体系
《南极条约》是由美国、苏联、英国、法国、日本、比利时、挪威、新西兰、澳大利亚、阿根廷、智利和南非等12个国家于1959年12月1日在华盛顿签订的,1961年6月23日生效。该条约共14条,主要内容是南极的利用只限于和平目的,禁止进行一切军事活动和任何核爆炸或处理放射性废物等。我国于1983年5月9日加入南极条约组织,1983年10月7日被接纳为协商国。
《南极条约》的签署,对缓和有关国家对南极的领土纷争,促进各国在南极考察方面的合作,发挥了重要的作用。为了保护南极的资源和生态环境,南极条约协商国又于1964、1972、1980年先后签订了《保护南极动植物议定措施》、《南极海豹保护公约》和《南极生物资源保护公约》。1988年6月又通过了《南极矿产资源活动管理公约》的最后文件。《南极条约》和上述公约以及历次南极条约协商国通过的140余项建议措施,被称为南极条约体系。
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