南極冰蓋下是什麼?科學家持續61天勘探,第一次描繪了冰下世界

南極洲無疑是世界上最神秘的大陸,由于接收的太陽輻射有限,這里常年被冰雪覆蓋,是唯一沒有人類定居的大陸。

南極洲冰蓋的平均厚度達到2160米,最厚的地方甚至達到4776米,這使得南極洲成為最高大陸的同時囊括了世界上90%的冰,而這些冰包含了世界70%的淡水資源。

南極大陸,圖源:Dave Pape

由于如此豐富的淡水資源,南極洲冰蓋的任何變化都足以影響全球,所以南極洲很早就受到了科學家的廣泛關注,許多科考隊在此駐扎。

可能也正因為如此,南極洲變得越來越神秘,其中有一些說法就是南極洲冰蓋之下有一個地下世界,或者南極洲有通往地下世界的入口。

而這些說法的其中一個支持點是,在南極洲冰蓋下發現了湖泊,以及發現了許多活著的微生物。

圖注:南極考察站

當然,南極洲冰蓋下的湖泊和微生物確實都存在。冰蓋下存在湖泊很好解釋,但是微生物確實一直困擾著科學家。

這種地方為什麼會有微生物存在,它們吃什麼呢?

5月5日,一項發表在《科學》雜志上的研究中,地球物理學家克洛伊·古斯塔夫森和他的團隊在對南極洲進行了持續61天的考察后,他們給南極做了一個「巨型核磁共振」,并第一次繪制出南極冰蓋下部分區域的地圖。

當然,他們的目的不是為了解釋微生物為什麼會存在,而是試圖通過繪制地下水文系統來了解冰蓋如何向海洋流動的——因為這種冰蓋流失情況對海平面上升至關重要。

為什麼南極地下會有液態水?

由于南極冰蓋的移動,人們很早就懷疑南極地下擁有巨大的含水層,因為任何推動冰蓋移動的模型都少不了液態水,它需要水起到潤滑作用和形成平整平面。

南極冰蓋流動情況,圖源:NASA

比如,這次研究的重點考察的 惠蘭斯湖和它的水系統(這個水系有整個美國大小,由于它在冰蓋下只有800米左右,比較淺便于研究),研究人員很早就被探明它是深度為2.1米的液態水湖泊。

其實,南極冰蓋下可以存在液態水的原因很簡單,因為這里的水吸收了一部分地熱的熱量,以及冰川和巖石強烈摩擦產生的熱量,足以讓它的溫度接近0攝氏度左右的水平。

另外,這些區域被厚厚的冰蓋包圍,不會受到極地空氣的影響,熱量不容易流失,同時考慮到它受到巨大壓力的影響,出現液態水湖泊是可以理解的。

但是,人們并不知道這些是什麼水——淡水或咸水,這次研究解決這個問題,同時也解決了它存在大量微生物的原因。

由于這些地下水系統很深,受限于技術,以前科學家很難收集這種深層水文系統的直接證據,而這次研究團隊使用的是一種稱為「大地電磁成像」的技術,最終成功繪制出南極水下世界。

設置的勘探點,圖源:Earth Observatory

南極冰蓋下是什麼樣的?

大地電磁成像依賴于太陽風與地球電離層(地球上層大氣中的一層致密分子和帶電粒子)相互作用產生的電磁場。

當太陽風撞擊電離層時,它們激發電離層內的粒子,并產生可以穿透地球表面的 移動電磁場

然后,這些移動的磁場在冰、雪和沉積物中誘發 次級磁場,而次級磁場的強度與那里的材料導電程度有關。

因此只要測量次級磁場的強度,就可以繪制出整個地下地圖和它所填充的物質。

其實,石油和天然氣的勘探和這個技術差不多,勘探人員根據一些條件尋找目標地址,然后開始檢測地下的材料就好了。

繪制出的湖泊、河流、含水層,圖源:Earth Observatory

當然,毫無疑問冰蓋下有液態水,而且形成錯綜復雜的湖泊和河流,以及含水的沉積物。

由于淡水和鹽水的導電率不同,所以研究人員 第一次探明南極冰蓋下是鹽水而不是淡水,由于鹽水的更不容易結冰(因為鹽類離子在溶劑中運動速率比水分子快),這可能也是冰蓋下存在液態水的一個原因。

圖源:Earth Observatory

而且研究人員還探明冰蓋下越深的地方就越接近海水的導電率,而靠近冰蓋的最淺部分則越接近淡水,這表明地下水可能存在相互作用。

另外,從液態水河流和湖泊底部,他們發現了一種厚厚的「沉積海綿」,一直延伸到大約 5公里以下,這些沉積物所包含的液態水是冰蓋底部較淺的湖泊和河流系統的10倍以上。

為什麼南極冰蓋下有很多微生物?

這些事實有助于科學家了解南極冰蓋流動的方式,但這和南極冰蓋底部的微生物有什麼關系呢?

其實,關系就在于這些海水是哪里來的,如果這些是海水的話,那麼微生物就完全可以食用海水帶來的營養物質。

根據之前的一項研究中,在上層沉積物中發現的放射性碳含量,科學家估計,這些 鹽水中的大部分是在過去一萬年里到達冰蓋下的

而海水之所以會灌入內陸,原因只有一個,那就是當時的氣候足夠溫暖,冰蓋融化而海平面上升并倒灌入陸地。

最后

北極冰蓋下存在生命是不爭的事實,但這是正常現象,不需要什麼地下文明的參與,而它們的營養物質正是來自于10000年前的「海水化石」。

不過,哪里有生命哪里就有碳循環,在南極冰蓋下的這些生命正在消耗「海水化石」的營養,并制造出數量可觀的甲烷和二氧化碳等溫室氣體。

現在全球變暖也是一個事實,但是它的誘因真的非常復雜,在人類活動或者說碳排放量不大的時候,地球也一直在冰期和間冰期中循環。


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