人类南极科考史
南极是人类科学考察的黄金地域,无论是气象学、天文学、物理学、生物学、生态学、冰川学、地质学等等,在这里展开研究都有不可替代的独特优势。在科学家们的眼里,南极简直是一个天然的实验室,而且豪迈大方,向各种学科同时开放。刚开始时,南极科考多是以商业目的进行的海洋和气候观测,但现在已经发展到全方位的海陆空乃至外太空领域的科学考察。目前各国设在南极的考察站对南极的科学考察和研究主要集中在五个方面:全球气候系统中的南极、南极气候演化、南极演化和生物多样性、南极冰下湖环境、太阳-地球和高空大气物理研究方面的半球间共轭效应等。
比如,南极是陨石的宝库。坠落在地球其他地方的陨石,或者落入海底,无法搜觅;或者撞击地面,埋入土中、抑或碎散在其他岩石之间,难寻痕迹。但坠落在南极洲的陨石会有它们独特的命运,这里的绝大部分地方没有泥土、也没有碎石,只有无边无际的厚重冰盖,因此在这里的寻觅标准简洁无比:只要看到冰雪中有石头,就是陨石了。而且在南极寻找陨石有时甚至还用不着你费时费力寻找,陨石们会被冰体的移动带走,最后汇总沉积在有山脉阻挡的特定地带,在那里形成一个陨石库,自动地奉献给你。全球目前的四万多块陨石,有90%都是在南极发现的。而中国在南极发现的陨石已经有一万多块,其中绝大部分是1998年后在格罗夫山的“陨石宝库”一带找到的,数量列世界第三,仅次于美国和日本。而相形之下,所有的欧盟国家在一起,总共只发现400多块陨石。陨石中的太阳系外物质是目前人类唯一能够获得并能在实验室里分析的其他恒星物质,在一块编号为GRV 021710(CR2)的陨石中,中科院地质与地球物理研究所发现了大量来源于红巨星、AGB星(渐近巨星)、超新星等太阳系外恒星的颗粒。陨石是我们研究宇宙的一扇窗,而南极正在协助我们打开这扇窗。
人类踏上南极才不到200年,南极的科学考察历史当然更加稚嫩年青。原来各国到南极的目的,无非探险、争夺资源、宣示主权。后来,科学考察的成分逐渐成为了主流。
1946年-1947年,二战正在如火如荼的时候,美国海军就制定了个“跳高计划”,拉到南极演习加考察,13艘舰船,包括航母,26架飞机,5000名人员,在南极水域考察了40天,几乎飞遍了南极大陆海岸。那真是浩浩荡荡锣鼓喧天、锦旗招展啊,玩得相当凶猛。他们从惠尔湾内的小美洲基地,派出飞机沿南极大陆周围飞行,飞行范围几乎包括了全部的南极大陆海岸,其中对南极沿岸的60%地区进行了观察和摄影,在64次飞行中拍摄照片7万张,确定了十八座山的地理位置,设下了68个主权要求标记。虽然还有主权要求的内涵,但是已经涂抹了科学考察的外延。1955年,美国海军船只于启航到麦克默多海峡设立科学研究设施,并在惠尔湾建立科学基地。后来美国海军又搞了个规模相似的由12艘船、3525人和40架飞机所参加的“深冻行动Ⅱ”,另外建立了五个科考站。
国际地球物理年期间,其中有6国在南极大陆或附近岛屿上建立基地。
1957年-1958年,国际地球物理年激发了对南极科考的热潮,12个国家,美、苏、英、法、日、比、挪威、新西兰、澳大利亚、阿根廷、智利、南非参加科学考察活动,66个国家参与国际地球物理年研究,开启了国际合作南极科学考察的新时代,1958年2月,国际地球物理年的计划完成后,国际科联成立了南极研究特别委员会即现在的南极研究科学委员会(SCAR),组织、协调南极科学考察研究活动。此后,各国能够达成签订南极条约意向,正是基于国际地球物理年开始的在南极的科学考察以及由此产生的国际合作精神的氛围。
第一个南极科学考察站是阿根廷建造的。1904年2月24日,阿根廷近水楼台先得月,在南极南奥尼克群岛苏里岛的斯科舍湾,建造了得月楼--抱歉是南奥尔卡达斯科学考察站,具体位置在南纬64度45分、西经44度34分。
人类的第一个常年科考站是澳大利亚的莫森站,在东南极大陆沿海的罗宾逊地,建于1954年2月13日,位置在南纬7度36分、东经62度53分。名字来源于曾经参加沙克尔顿探险队,发现了南磁极的澳大利亚籍探险家莫森。
目前规模最大的常年科考站是美国的麦克默多站,1956年2月16日建成,位置在罗斯海麦克默多海峡边上,南纬77度51分、东经166度37分。麦克默多站是美国的南极研究中心和后勤中心,其规模如同一个南极科学城。该站得名于罗斯探险队中的麦克默多海军上尉。站内有200多幢建筑,包括10多座三层的楼房(这可是南极罕见的高层建筑),海水淡化厂、大型修理厂、影院、餐厅、商场、酒吧、医院一应俱全,附近还有一个大型机场和两个小型机场,占地面积达3.9平方公里。这里夏季可容纳2000人、冬季200人。到了夏季,除科研人员以外,各国游客也会络绎不绝,热闹非凡。所以它还有“南极第一城”之称。
位置最牛的科考站时美国的阿蒙森-斯科特站,1957年1月23日建成,就造在南纬90度南极点上。一般科考站都是沿海的,这个深入到南极点的科考站,海拔也有2900米,所以坏处是夏天温度-21度,冬天温度普遍在-61度。每年的冬天有30多人在此越冬考察。
但阿蒙森-斯科特站还不是最冷的站,因为那要数俄罗斯的东方站,位置在南纬78度28分、东经106度48分,海拔3600米,建于1957年,1983年在这里测得了摄氏-89.2度的南极最低温度,被称为地球寒极。这里的含氧量相当于其他大陆5600米的氧气含量,对工作人员的考验更加非凡。
法国则于1956年在南磁极,即南纬66度40分,东经140度建立了迪蒙.迪维尔站。
规模最小的科考站是捷克斯洛伐克站,在南设得兰群岛的纳尔逊冰帽上,仅有两座小木屋,不到10个平方米,实在是很迷你型,而且水、电、通讯设备一概没有,更像隐居者的地盘了。
南极唯一不属于主权国家的科考站是国际绿色和平组织的世界公园站,建于1984年,在罗斯海边上的阿德利地,常驻4人,主要是监测各国南极站的环境保护,属于纪委的干活。
截至2012年底,各国在南极的科学考察站有82个,其中常年科学考察站47个、夏季科学考察站(每年南极夏季,即11月至次年3月才有科学家工作的考察站)35个,还有若干基地或无人自动观测站。每年夏天的工作人员在2500人左右,冬季过冬的人员在500人左右。大多数南极科考站都建在南极大陆沿岸和海岛的夏季露岩区。只有少数几个国家在南极内陆冰原上建立了常年科学考察站。
设立南极科考站最多的国家是阿根廷,有14个科考站:圣马丁站、布朗海军上将站、贝尔格拉诺站、马兰比奥海军准将站等,多以人名起名;智利有9个站:贝尔纳多.奥伊金斯将军站、爱德华多.弗雷.蒙塔尔瓦总统基地、冈萨雷斯魏地拉站等,也是这个路数;俄罗斯有8个,别林斯高晋站、列宁格勒站、俄罗斯站、东方站、进度站、沃斯托克站等;美国虽然只有4个,但都是实力强大的站:阿蒙森-斯科特站、帕尔默站、赛普尔站、麦克默多站;澳大利亚建站也较早,有凯西站、戴维斯站、莫森站、麦夸里岛站;新西兰有斯科特基地;英国有锡格兰尼站、罗瑟拉站、哈雷研究站;法国有迪蒙.迪维尔站、康宏站;德国有格.冯.诺伊迈尔站、格奥尔格.冯.诺伊迈尔站;日本有富士圆顶站和昭和、瑞穗、飞鸟三个基地;韩国也是1988年才建了一个世宗王站,但正在准备建立第二个科考站,还新造了一艘极地考察船;印度已着手建立第三个科考站,就位于中国中山站附近。
中国自1980年开始,派遣科考人员参加澳大利亚、新西兰、智利、阿根廷、日本等国的南极考察队进行夏季考察和越冬考察;1983年6月,中国参加《南极条约》,成为缔约国;1985年10月,中国成为《南极条约》的协约国,并于1986年6月成为国际南极研究科学委员会的正式成员国。1984年以来,中国每年都组队赴南极开展综合科学考察。近20年来,中国已有2000多人次涉足南极洲,在极地冰川学,气象学,生物学,地质地球物理学,海洋学,测绘学,环境科学和寒区医学等方面,特别在南极地质学,南大洋磷虾生态学和高空大气物理学三大学科上,取得了令世人赞叹的高水平科研成果。目前,中国已纪念建立了三个南极科考站:长城站、中山站、昆仑站,还有一个格罗夫山的前进基地。
中国的南极科考始于1984年,11月19日,中国首次组织南极考察,“向阳红10”号远洋考察船和“J121 ”打捞救生船,591多名考察队员,从上海出发,航行37天达到南设得兰群岛的乔治王岛麦克威尔湾,1985年2月20日建成了中国首个南极科考站—长城站,并且实现了当年建站当年越冬考察。该站的坐标是南纬62°12′59〃,西经58°57′52〃,距北京17502公里。它实际上并不在南极大陆上,甚至也不在南极圈内,而是位于靠近南极半岛的南设得兰群岛中最大的岛屿——乔治王岛上。由于这里自然条件相对较好,夏季沿海低地基本没有冰雪覆盖,小小的乔治王岛上已经集聚了各国的8个常年考察站。长城站三面环山、一面濒海(长城湾),自建成至今已进行过两次扩建,有科研、办公、生活、发电、通信、文体、仓贮等建筑十多栋,建有直升飞机平台,可开展常规的气象、生物、地磁、地震、环境等学科研究,最多可容纳40—50人食宿和工作。为加强南极环境保护,还建立了污水处理系统,利用生物工程技术将生活污水净化,这也是乔治王岛上的第一座现代化的污水处理装置。
1988年11月20日至1989年4月10日,我国开始第五次南极科考活动,乘坐“极地”号抵达南极,开始向环境更加险恶的南极大陆挺进建设中山站,1989年1月26日奠基,2月26日落成,并当年在中山站进行了越冬科考。中山站坐落在东南极大陆普里兹湾东侧的拉斯曼丘陵地带,邻近全球最大的冰川——兰伯特冰川,坐标是南纬69°22′24〃东经76°22′24〃,距离北京12553公里,距南极点2903公里。中山站的建筑由500多个6米长的大型集装箱体拼接而成,其生活、文体、科研设施都较长城站齐全和优良,并备有向南极内陆冰盖作长距离考察的先进雪地车辆。这里是开展高空大气物理学、极光科学、冰川学和地质地球物理科学的理想实验室。为示名正言顺,中山站上还专门设立了孙中山先生纪念室。
在2008年10月-2009年4月的第25次南极科考中,我国在位于南极内陆冰盖最高点冰穹A西南方向7.3公里处建立了中国第一个南极内陆考察站--昆仑站,2009年1月27日正式落成,实现了南极科考从大陆边缘向大陆中心伸展的跨越,也使得中国成为第一个在南极内陆建站的发展中国家。该站坐标为南纬80°25′01″,东经77°06′58″。昆仑站是世界上第六座南极内陆科考站。冰穹A地区具有地球上最好的大气透明度和大气视宁度,被国际天文界认为是全球最佳天文台地址,也是最佳的深冰芯钻取地点,还是探测臭氧层空洞变化的最佳区域。昆仑站最初建筑面积是236平方米,进行夏季科考;逐步将扩展至558平方米,成为越冬科考站。
至此,南极四个最有地理价值的点:极点、冰点、磁点、高点已分别由美、俄、法意、中国设立了科考站。
在中山站和昆仑站之间,距中山站9公里的格罗夫山上,我国还设立了一个格罗夫山前进基地,由两个厂房、两间避难所构成。格罗夫山在东南极伊丽莎白公主地的内陆冰盖腹地,由64座耸立的冰原岛峰组成,是南极最壮美的区域之一,也是最具有科考价值的地区之一。
中国的南极科考,起步很晚,1984年才开始,远远迟于发达国家,但进步迅速,科研实力和成果在向第一集团挺进。到2013年4月底,我国已进行了29次南极考察。科考船从向阳红号、到极地号、到23000吨的雪龙号,级别不断提升。另一艘更先进的极地考察破冰船,预计2014年可下水。
中国已研究在南极冰穹A地区设立南极天文台,研究宇宙起源、超新星宇宙学、暗物质与暗能量等重大问题。中国自主研制的AST3南极巡天望远镜,目前已设置在冰穹A地区,是目前南极地区口径最大的天文望远镜。中国正在规划深冰芯科学钻探计划,旨在重构南极地区过去100万年来气候变化的记录。中国自主研制的第一台风能驱动机器人—极地漫游者在南极中山站的冰盖上走出了第一步,它可以在风能发电驱使下实现不间断的昼夜行走,可跨越半米以上的障碍物,在冰盖复杂地形下通过多传感器融合的自主导航记忆卫星链路遥控,为中国未来建立智能机器人无人值守科考站奠定基础。
顺便也一提,中国的北极科学考察工作始于90年代初,并已于1996年4月成为国际北极科学委员会的17个成员国之一。2013年5月,中国成为北极理事会的正式观察员。1995年4月24日一5月6日,中国科学技术协会和中国科学院在民间资助下组织的首次远征北极点考察队并踏上北极点。1999年7月1日一9月9日,中国第一次派出由124人组成的国家科学考察团,乘坐雪龙号破冰船远征北极,最远航抵北纬75度30分、西经160度附近,部分队员还乘直升飞机飞抵北纬77度18分处,创造了我国航海史上的最北记录,全部行程14180海里,历时71天。