位于南极洲的东方湖地点示意图。

　　

　　俄罗斯的南极东方站。

　　张田勘 马红梅

　　新闻背景

　　俄罗斯科研机构2月8日宣布，俄罗斯科考队员经过十几年努力，钻透3769米冰层，触及覆盖在南极冰川下超过2000万年的巨大淡水湖。这一消息的发布，引起世界各国科学家，尤其是极地科学家们极大的关注和浓厚的兴趣。

　　首次钻开南极冰下淡水湖

　　从发现到触及南极冰下最大的淡水湖，俄罗斯研究人员花了近20年。早在1994年罗马召开的第23届国际南极研究科学委员会会议上，俄罗斯研究人员卡皮茨亚博士就宣布，在俄罗斯南极内陆考察站——东方站的冰盖之下约3700米深处，发现了一个巨大的湖泊，命名为东方湖（Vostok湖）。据已有的探测资料表明：东方湖面积约1.5万平方公里，与著名的北美安大略湖相当，平均水深125米，湖泊两端底床低于海平面700米，蓄水量约l800立方千米，是个高压（大约350大气压）、低温（大约零下30摄氏度）、低营养物输入和永久黑暗的环境。

　　东方湖并非南极冰层下唯一的湖泊。在过去10多年，研究人员已在南极冰盖下发现了约145个大大小小的冰下湖泊，而东方湖是迄今发现的最大冰下淡水湖。为何在冰层之下还有未结冰的湖泊？原因是，湖面上极厚的冰盖像一条厚厚的毯子，能保存地热能，使得湖水不会结冰。

　　随着探索的进展，今年2月5日，研究人员在南极极点以东大约1300公里、冰面以下3769米的地方触及到了东方湖，这也是人类首次钻开南极冰下淡水湖。

　　极端环境的生命实验室

　　南极冰下发现最大淡水湖，刺激了科学家进一步探索的欲望，也引发了人们极欲了解南极的兴趣。由于南极冰下淡水湖是由冰冻圈-水圈-生物圈-岩石圈组成的低温、高压、低营养输入和黑暗的封闭系统，因此需要探索在这种封闭环境中是否有微生物？如果有，它们是如何获取能量的，以及它们是如何进行种群的繁衍并生存下来的？对冰下淡水湖的生命探索是否可以为揭开生命之谜提供线索？冰下湖已经被冰封了数十万年甚至数百万年之久，拥有独特的与世隔绝的环境，它们就是一个天然实验室，可用于研究生命如何适应极端环境以及如何在这种环境下进化。

　　例如，在南极冰雪中和冰下淡水湖中可能存在的主要是菌类微生物，而且处于休眠状态，但可能仍具有生物活性或本来就存活着。研究这些细菌的种类和群落结构的多样性，可能获得生命起源的多样性，并揭示不同地质条件下地球生物的演化规律。同时对其生存机理和特殊功能基因等的研究，还具有一定的应用和开发潜力，比如，可以指导人类在极端严寒环境下如何生存和抗冻。

　　俄罗斯南北极研究所所长卢金猜测，如果东方湖存在依靠在极暗条件下化学反应而存活的微生物，这或许与数百万年或数千万年前的海底生物类似，但它们是否遵循不同的进化规律演化，眼下还不知道。

　　（责任编辑：彭金美）

　　

　　寻找120万年以上古老冰芯

　　冰芯作为古气候记录的三大载体（深海沉积、黄土和冰芯），在全球气候变化研究中占有重要地位。基于冰芯中包含丰富的古气候记录信息，可以扩展我们对地球气候系统的认知。越古老的冰芯携带的地球气候信息越丰富，寻找120万年以上古老冰芯，是当前南极科学研究的热点领域之一。现在钻取到的最古老深冰芯记录着距今80万年前的气候信息。

　　分析全球气候变化，尽管有文献记录、树木年轮、湖泊沉积、珊瑚沉积、黄土、深海岩芯、孢粉、古土壤和沉积岩等材料，但相比而言，还是冰芯所记录的信息最真实可靠，因为冰芯处于低温环境，有保真性好、分辨率高、记录的时间长（数十万和上百万年）和信息量大的特点。

　　冰芯中各种物质的含量和比值等都忠实地记载了地球系统变化过程的信息，包括气候变化的信息。例如，冰芯中氢、氧同位素比率是度量气温高低的指标；冰芯中氢、氧同位素净积累速率可以揭示历史上降水量的大小；冰芯气泡中的气体成分和含量能指出大气成分的演化历史；冰芯中一些物质的同位素可以提供宇宙射线强度变化、太阳活动和地磁场强度变化的证据；冰芯中微粒含量和各种化学物质成分的分析结果，可以提供不同时期大气气溶胶、沙漠演化、植被演替、生物活动、大气环流强度、火山活动等的信息。

　　例如，全球变暖的趋势以及主要是人类活动导致的就主要是从冰芯分析中得出的结论。对俄罗斯的东方站冰盖下提取的冰芯气泡的分析，获得了过去42万年以来的大气中温室气体含量的变化。在过去的42万年以来，大气中温室气体二氧化碳的含量基本在180-280微克波动，甲烷含量在350-800ppb波动。而工业革命以来，大气中二氧化碳和甲烷含量迅速增加，目前分别达到近385微克和1800ppb，是83万年以来的最大值。这提示，从工业革命后200年来人类活动对全球气温的升高有重要影响。

　　现在，俄罗斯研究人员在冰盖之下3769米深处触及到了东方湖，就不仅可以通过冰芯，而且可以直达冰下淡水湖中获得更多的材料。有趣的是，有人提出了这样的担心，冰下湖泊可能积聚大量甲烷，随着钻探的深入，是否会造成甲烷的大量释放，从而加剧全球变暖？

　　延伸阅读

　　我国计划在冰穹A地区

　　钻取超过3500米深冰芯

　　自1958年国际地球物理年开始实施冰芯钻探以来，美国、俄罗斯、日本、欧盟等发达国家陆续在格陵兰、南极洲以及中低纬度高海拔山地冰川进行了大量的冰芯钻探，在格陵兰冰盖和南极冰盖钻取了数支深冰芯。

　　截至目前，俄罗斯在东方站的钻探最深，达到3769米，抵达被埋入冰层下的东方湖。与此同时，其他南极湖的钻探计划也在不断推进。英国科学家将目光锁定埃尔斯沃斯湖，采用热水钻探技术，美国科学家则选择了惠兰斯湖。与任何带有政府背景的研究一样，俄罗斯钻探东方湖的做法也引发争议。很多科学家认为他们已经污染了东方湖，理由是：他们在钻探时将数吨煤油灌入洞口，以防止洞口冻结。

　　深冰芯在钻取过程中会遇到诸多困难，不仅要受到极端气候的挑战，此外深冰芯钻探过程中钻机卡钻的现象时有发生，如俄罗斯在东方站、日本在冰穹F、美国在格陵兰岛，都曾在2000－2500米钻探深度范围内发生过卡钻事故，导致钻头丢失。另外，当确认冰盖下存在湖泊时，在钻探接近底部时，要考虑使用“零污染”的勘测技术，以免造成对冰下原始环境的污染。因此，冰下自动探测和采样系统的研制是钻探前要着重解决的一大难题。

　　我国于2009年初在冰穹A建成中国南极昆仑站以来，就着手计划在冰穹A地区进行深部冰层取芯钻取。计划在冰穹A地区钻取超过3500米的深冰芯，以期获取一批关于东南极气候演化的创新性学术成果。目前，我国已经完成了冰穹A深冰芯钻机系统的研制，目前正在开展钻机系统在南极内陆冰穹A地区的安装调试工作。

　　（责任编辑：彭金美）