PDF《南极冰下湖的发现及其意义》

第10卷第2期 极地研究 Vo l .

10,No.

2 1998年6月CH I N ESE JOU RNAL O F POLAR RESEARCH June

1998 研究动态 南极冰下湖的发现及其意义 温家洪 (中国极地研究所, 上海 200129;

华东师范大学地理系, 上海 200062) 提要 通过分析航空60 M Hz 无线电回波数据, 目前在南极已发现77个冰下湖. 其中, 最著名的 是Vo stok 湖. 这些湖泊主要是由于地热流, 以及冰层底部滑动和冰内变形产生的热量, 使冰盖 底部冰温上升到压融点, 并缓慢融化冰层形成的. 冰下湖的发现具有冰川学、 地质学, 尤其是潜 在的重要的生物学意义. 关键词 冰下湖 Vo stok 湖 南极 在寒冷的南极冰盖, 它的上部平均温度为零下数十度, 表面甚至在夏季最暖的时候也 难以达到融点. 而巨厚的冰层下面却出现液态水体, 这一自然奇观确实让人感到吃惊. 近 年来南极冰下湖的发现和报道激起了公众的极大兴趣. 本文拟就南极冰下湖的发现、 成因 及其科学价值作一介绍.

1 南极冰下湖的发现 为了解南极冰盖的厚度分布, 英国斯科特极地研究所、 美国国家科学基金会和丹麦技 术大学进行了合作研究, 利用机载测冰雷达, 通过1967 ~ 1979年的多次作业, 共飞行了400 000km , 调查了南极冰盖大约700万平方公里的地区, 获得了大量60M H z 无线电回波数据 (D rew ry, 1983). 这些数据以相同方式记录在35mm 的负片上. 通过对上述记录的分析, O sw ald and Robin (1973) 最早认为南极冰盖下面存在湖泊.之后, 这些数据得到了进一 步的分析, 先后确认了64个明亮如镜面般的反射区域, 这些区域被确认为冰盖底部存在的 水体(Robin et al. , 1977). 航空60 M H z 的无线电回波探测被成功地用于穿透南极4km 厚以上的冰层. 这可能是 因为冰对这一频率的无线电波比较透明(Johari and Charette, 1975) , 特别是当冰在零下 数十度时, 而南极冰盖大部分地区正是这种情况. 无线电波从底床反射回来的强度首先依 赖于冰的介电性质(冰的介电常数 Ε = 3. 2) 和冰下物质的差异. 由于水的介电常数(Ε = 81) 与典型冰床(Ε =

4 ~ 9) 完全不同, 相对于冰2岩界面, 冰2水界面的反射要强得多. 而且, 冰2 ? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 岩界面相对粗糙, 造成的能量散射使回波强度进一步减弱, 这使两者之间的差异更为明 显. 因此, 冰下湖可以根据60 M H z 无线电回波记录存在的以下特征确认: (1) 冰盖底部具强反射, 一般比相邻的冰2岩界面强20dB, 并在胶片记录上出现亮点;

(2) 沿飞行路线回波的强度恒定, 显示出界面极为平坦;

(3) 冰盖表面坡度一般小于1% , 具有平坦而且水平的特征. Siegert et al. (1996) 再次对大约覆盖南极冰盖面积50% 的无线电回波数据作了分 析. 全部胶片记录由两个独立的小组进行了数月的检验. 根据上述标准, 注意了所有可能 是冰下湖的反射点. 发现的任何相对平坦明亮回波的胶片都在相纸上放大. 然后检验相片 的痕迹是否为冰下水体. 这次共确定了77个冰下湖, 比以前获得的多了13个, 并首次给出 了南极冰下湖系列的地理坐标、 上覆冰厚和湖泊的最小长度. 已发现的冰下湖大部分位于 表面坡度和冰流速率都很小的分冰岭周围(图1). 约占总数70% 的两组冰下湖位于东南极 Dom e C 和B 冰脊地区. 图1 冰下湖分布图. 左下角为机载雷达飞行路线. 地名缩写词为: DC (Dom e C);