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南極科學(xué)六大熱點——聚焦極地研究未來走勢

2014-09-02 06:44:28 來源： 中國科學(xué)報   字體

南極科學(xué)具有全球重要性。南極各團體需要協(xié)同行動，以解決更加緊迫的議題。

南極洲——這個詞讓人們聯(lián)想到矗立高聳的冰川、點綴著冰山的“兇猛”海洋以及其他地方看不到的動物。這塊大陸包含1/10的地球陸地面積、近90%的冰川以及約70%的淡水。這里周圍的海洋支撐了巴塔哥尼亞齒魚和磷蝦捕撈業(yè)，同時也對調(diào)節(jié)氣候和二氧化碳捕獲極為重要。

《自然》雜志撰文稱，目前，，南極科學(xué)家正在解密地球氣候、研究冰下的湖泊和山脈、探索深海以及發(fā)現(xiàn)生命和宇宙的起源。但這片冰雪大陸也在經(jīng)受無情的改變。冰雪消弭、洋流變化和臭氧層恢復(fù)等局部變化也帶來了全球影響，深刻改變了氣候、海平面、生物多樣性和社會。

2014年4月，南極研究科學(xué)委員會(SCAR)召集了來自22個國家的75位科學(xué)家和政策制定者，通過了未來20年甚至更久的南極研究優(yōu)先項目。這是南極研究國際協(xié)會首次通過討論、辯論和投票制定出集體意見。最終，SCAR從數(shù)百個科學(xué)問題中篩選出80個最為緊迫的議題。

日前，SCAR副主席、美國得克薩斯州農(nóng)工大學(xué)海洋學(xué)榮譽教授MahlonC.Kennicutt及同事總結(jié)出若干首要科學(xué)主題，并概括了研究人員和政府必須采取的步驟以實現(xiàn)相關(guān)目標(biāo)。穩(wěn)定的資金以及接近和保護這片大陸將存在更大的國際合作必要性。

6項議題

“所有的問題被歸為6個議題�！毖芯亢献髡�、澳大利亞莫納什大學(xué)生物科學(xué)教授StevenL.Chown說，“要充分發(fā)揮南極科學(xué)潛力，我們需要做到以下幾點�！�

定義南極大氣和南部海洋的全球影響力。Kennicutt指出，南極大氣變化能改變地球的能源收支、溫度梯度和空氣化學(xué)及流通。但有關(guān)這些過程背后的秘密，人們尚未得知。大氣、海洋和冰川間的相互作用如何控制氣候變化率？極地氣候變化如何影響熱帶海洋和季風(fēng)？正在恢復(fù)的臭氧空洞和不斷上升的溫室氣體濃度如何影響局部和全球大氣環(huán)流和氣候？

南極洋在地球系統(tǒng)中起到重要作用。它連接起全球海洋，形成了全球洋流系統(tǒng)，將空氣中的熱量和二氧化碳運輸?shù)缴詈�。但是，由于二氧化碳的溶解，這片海洋正變得更酸，寒冷的南部海域?qū)⑹紫缺憩F(xiàn)出其所受到的影響。氣候變化將如何改變海洋吸收熱量和二氧化碳的能力以及支持海洋生產(chǎn)力？

海冰能夠反射和過濾日光。它能調(diào)節(jié)海洋和大氣間的熱、動力和氣體交換。而海冰形成和融化決定表層海水的含鹽量，影響它們的密度和冰點。美國科羅拉多大學(xué)大氣和海洋學(xué)部的JohnJ.Cassano提到，人們需要知道哪些因素控制南極海冰的季節(jié)性、分布和體積。

了解冰川消弭的方式、地點和原因。南極冰原包含約2650萬立方米的冰，如果融化，足以將全球海平面升高60米。在穩(wěn)定了數(shù)千年后，南極海冰目前正在加速融化。海冰融化的影響是什么？但厚冰下的水體幾乎未被取樣，而且它們對冰流的影響尚不清楚。

揭示南極洲歷史。收集自該大陸邊緣的巖石記錄顯示，南極洲與溫暖世界存在明顯不同。但是取自該大陸核心和海洋周圍的巖石樣本較少。Chown提到，人們對南極地殼和地幔的結(jié)構(gòu)以及其如何影響這塊超級大陸的創(chuàng)建和分離了解很少�！拔覀冃枰嗟谋�、巖石和沉積物，以探明是否注定要重復(fù)過去的氣候狀態(tài)�！�

了解南極生命進化和延續(xù)。長期以來，人們認為南極生態(tài)系統(tǒng)是年輕、簡單、物種單一以及處于隔離狀態(tài)的。但在過去10年間，一幅完全不同的景象展現(xiàn)在人們面前。海生蠕蟲和甲殼類動物等一些分類群具有高度多樣性，并與該大陸、鄰近島嶼和深海中的物種聯(lián)系比想象中更密切。

觀測空間和宇宙。干燥、寒冷和穩(wěn)定的南極大氣為觀測宇宙創(chuàng)造出最好的條件。南極冰下湖泊能模擬木星和土星寒冷衛(wèi)星的條件，收集自該大陸的隕石則揭示了太陽系形成等的信息。

識別和減少人類影響。有效管理南極大陸需要預(yù)測人類活動及影響。國家和人類影響必須被清除。目前政策在控制進入方面有效性如何？人類和病原體如何影響和適應(yīng)這里的環(huán)境？

環(huán)境挑戰(zhàn)

新西蘭坎特伯雷大學(xué)DanielaLiggett指出，要回答這些問題需要持續(xù)、穩(wěn)定的經(jīng)費；在1年中進入南極洲各個區(qū)域；使用新興技術(shù)；加強對該地區(qū)的保護；增加國際合作以及提高各利益集團間的溝通。南極項目極易受到資金不確定性和中斷的影響。

去年，由于政府“關(guān)門”，美國的南極項目遭遇推遲、取消或削減規(guī)模。經(jīng)濟下滑、高燃料價格以及對搜尋和營救任務(wù)的注意，也對南極科考項目產(chǎn)生影響。經(jīng)費不足讓數(shù)十年期的項目難以維持。

項目延遲和錯失科考季節(jié)會留下缺口：缺失1年的數(shù)據(jù)對冰架研究和生物多樣性監(jiān)控等影響巨大。面對這些不確定性和障礙，一些南極研究人員最終選擇離開這一領(lǐng)域。新一代研究人員的招募和延續(xù)也岌岌可危。

這片大陸，能用于科研的站點十分有限，大部分地區(qū)和南部海洋尚未開發(fā)，并且每年只有數(shù)月適合科考。Liggett表示，研究人員需要開發(fā)自動駕駛車輛和觀測臺，以便到達冰架下方、深海等難以到達的區(qū)域。小型傳感器需要能年復(fù)一年地收集和傳輸數(shù)據(jù)。

另外，研究人員指出，擴展南極研究還需要依靠衛(wèi)星傳感器和飛機地球物理調(diào)查。而先進生物地球化學(xué)和生物學(xué)傳感器對建立區(qū)域性模式將十分重要。能處理海量基因組和生物多樣性信息的數(shù)據(jù)庫也十分重要。“未來數(shù)據(jù)庫需要遠距離高速和大容量通訊。”澳大利亞南極氣候和生態(tài)系統(tǒng)合作研究中心的RobMassom說。

南極已經(jīng)被視為維護國家利益的區(qū)域。在過去10年中，比利時、中國、捷克、印度和韓國紛紛建設(shè)新考察站，德國、英國和美國等國也開始更換老舊設(shè)備。但來自許多國家的科學(xué)仍無法進入這片神秘大陸。

共同協(xié)作

英國南極調(diào)查局的LloydS.Peck提到，要以最小的人類足跡換來最大的科學(xué)回報，將是各方共同的目標(biāo)。協(xié)調(diào)國際努力，吸引不同利益相關(guān)者將非常重要。

《自然》認為，參與南極考察的國家是時候接受新的合作精神，就像《南極條約》創(chuàng)立者所信奉的那樣——行動起來�！案鼜V闊的國際合作關(guān)系、更加調(diào)和的科學(xué)和公共資金，以及拓寬知識共享等都是基本要素�！庇鴦虼髮W(xué)的WilliamJ.Sutherland說。作為一個跨學(xué)科科學(xué)團體，SCAR將幫助和鼓勵研究合作，并為合作項目出謀劃策，同時推動知識共享以及向政策制定者及公眾宣傳南極研究理念。

目前，致力于管理該地區(qū)的《南極條約》體系正在經(jīng)受環(huán)境壓力和經(jīng)濟利益的考驗。海洋保護區(qū)的建立、國際旅游監(jiān)管、評估環(huán)境破壞處罰和調(diào)整生物勘探等問題都難以處理。提出針對南極環(huán)境管理的整體策略迫在眉睫。

Sutherland及同事在文章中提到：“我們希望《南極條約》和環(huán)境保護委員會能在決策中擴展對科學(xué)證據(jù)的使用——開發(fā)和使用最先進的保護措施判斷具體成果�！�

另外，向公眾傳播南極洲全球價值也應(yīng)被列為優(yōu)先事項。相關(guān)敘述必須更好地解釋該地區(qū)如何影響人們的日常生活以及如何被其影響。臭氧空洞恢復(fù)等成功案例也能激發(fā)人們對改變行為對南極洲有利的信心。

南極科學(xué)具有全球重要性。南極各團體需要協(xié)同行動，以解決更加緊迫的議題。

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