南极研究

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第739页（3360字）

处于特殊地理位置的南极洲，自20世纪50年代以后，已成为全世界科学家向往的科研宝地。

1959年12月1日，由12个国家发起签署了《南极条约》，其宗旨是“合作、和平与友谊”，它明确规定南极洲只供科学研究之用，是全人类的共同财富。自《南极条约》签署后，世界主要国家在南极研究中已取得重要成就。

大地测量和制图学是SCAR(国际南极研究科学委员会)制定南极国际研究的主要学科之一，其研究包括两个方面：一是支撑其他学科考察的课题研究；二是现代空间大地测量理论和卫星遥感技术应用于南极地学中动态问题的研究。

因此，它是南极考察中所必要的一项超前期的工作。1989年9月，SCAR大地测量和制图学工作组向各考察国发出要求：采用GPS系统统一南极座标系统和广泛推广卫星影象成图方法。目前中国已拥有GPS定位系统和卫星遥感成图的全套完整技术。

中国长城站和中山站地区的大比例尺地形图采用纸测图和航空摄影测量成图，其坐标系统采用卫星多普勒定位系统确定。因此，在南极成图研究方面，此项技术的应用属世界先进水平。

南极区具有极其广阔的大陆架，发育有巨厚沉积物和沉积盆地，随着与南极洲有着相似地质历史的南美、澳大利亚南部海域进行钻探并在中新生代地层中见到工业油流，世界各具雄厚经济实力的国家对南极大陆边缘的油气资源进行了频繁的调查。美国、前苏联、英国、法国、前西德、日本、澳大利亚、挪威在80年代都在南极陆架进行了大量重力、磁力、多道地震等地球物理调查。中国自1984年首次南极、南大洋考察以来已开展两个航次地质、地球物理调查工作，调查区局限于西南极地区，“八五”期间，将利用“极地”号及地矿部“海洋四号”船开展2～3个航次的地质地球物理调查，从而为中国在南极海域的油气资源调查打下初步基础，并为国家制订南极油气资源政策提供科学依据。

南极磷虾资源非常庞大，据1990年“南极海洋系统和储量的生物考察”(BIOMASS)的声学探测，现存量为4～6亿吨。

虽比以往的估计(10～20亿吨)低，但仍然是目前世界上最大的单种动物蛋白资源。估计每年捕捞3000万吨将不会影响南大洋的生态平衡。这个数字接近目前全世界年渔获量的一半。

自70年代以来各国竞相试捕，至80年代，最高年产量已达52．9万吨。

中国近海渔业资源已严重衰退，发展远洋渔业势在必行。作为远洋渔业的一个组成部分，开发南极磷虾具有广阔的前景。

南极是与北极和青藏高原齐名的地球上三大气候敏感地区之一。对南极气候环境的研究是世界气候计划和全球变化计划研究中的一个重要组成部分。从1957年国际地球物理年起，南极古气候和古环境的研究，获得了较大的发展，其中最突出的是60年代开始的冰芯的研究。美国在伯德站、前苏联在东方站，都钻获2000m的冰芯；英、法联合在洛多姆冰帽打了深905m的冰钻。1991年9月22～27日，SCAR在德国布莱梅市举行了规模空前的首届国际南极科学大会，展示根据对冰内同位素含量比(²H／¹H和¹⁸O／¹⁶O)、冰内气泡和有15万年记录的南极冰芯分析结果，表明在过去200年中，温室效应的气体明显增加。自人类工业化以来，大气圈中的CO₂增加了25%，甲烷和N₂O分别增长近100%和10%。

冰芯分析还揭示，冰期－间冰期气候变化基本上和大气圈内温室效应气体的富集有关。冰期最冷阶段时，大气圈CO₂的浓度比现代低30%，甲烷低50%。

利用上述结果建立的模式预测，在其它条件不变时，大气圈内CO₂含量增加1倍，气温将升高3～4℃。

70年代以来，在南大洋实施了国际深海钻探计划。

通过海底软泥芯的研究，获得了沉积物组成、类型、生物、浊流、等密度流、浮冰以及沉积环境的沉积作用的认识；获得了南极地区更新世冰期与间冰期沉积旋回的表征和南极底流的历史，以及2500年以来南大洋同位素组成及环流变化和晚更新世硅藻地层学方面的资料。

1985年法曼(J．G．Farman)等注意到南极哈利湾站(HallyBay，76°S，64°W)春季的臭氧(O₃)总量比其它季节和地区减少很多，比10年前该地区O₃总量减少30%～40%。

随后，美国宇航局(NASA)利用极轨卫星雨云七号上安装的O₃总量绘图光谱仪(TOMS)和太阳后向散射紫外光谱仪(SBUV)对全球O₃总量观测的资料，也证实了这一结果，并发现春季O₃总量在整个南极地区都下降，同周围地区的O₃总量相比，就显得在南极洲出现了一个O₃空洞，这就形成了南极臭氧洞。现在对南极O₃洞的形成机制主要有大气动力学、太阳活动和大气化学过程等诸种解释。

1986年汤(K．K．Tung)、肯尼斯(P．B．Kenneth)和卡德拉(S．Chardra)等提出了O₃洞形成的大气动力解释。

他们认为，冬季大气波动几乎不向环极涡旋中输送O₃，而大气动力过程往南极环极涡旋中输送的非绝热通量(H)也不强，基本上与长波辐射冷却率C(T)近似平衡，并达到最低温度Te。初春极夜结束，太阳重新出现时，这种平衡被破坏。太阳辐射使H增大，产生净加热率Q。

被加热的空气产生上升运动，垂直将对流层O₃丰度较低的空气输入到平流层，造成O₃的流失，从而出现了南极O₃洞。S．Yoshiro1986年发现，太阳黑子数与O₃总量的相关系数为R=－0．70；并且O₃总量的3年滑动平均值：Ω_i=(Ω_1+i+Ω_i+Ω_i－1)／3同太阳活动一样也有11年的周期，魏鼎文1990年指出，南极地区是O₃对太阳活动响应最敏感的地区，并指出除了太阳紫外线辐射大大增强对O₃的影响外，逐渐增多的大量带电粒子也是形成南极O₃洞的原因。太阳活动形成O₃洞的机制是：随着太阳活动峰年的临近，宇宙射线明显增强，使大气中的NO₃和其它奇电子氮化合物的含量增加，通过下列化学过程破坏南极的O₃层：NO₂+O₃→NO₃+O₂。法曼1985年首先提出氯催化化学反应环能破坏南极的O₃。

所罗门(S．Solomon)等1986年证实了这一点。麦克罗里(M．B．Mcelroy)1986年则强调Br和CI之间存在的最佳浓度混合比在破坏南极O₃中的重要性。

考克斯(R．A．Cox)等1988年证实了两个氯催化反应环的存在，从而将氯破坏O₃的过程同化学理论联系起来了。

进入90年代以来，一个又一个大规模国际合作计划应运而生。

例如南极岩石圈大断面计划，运用地质、地球物理、遥感等手段完成从阿蒙森海经极点至埃默里冰架的南极大陆基准岩石圈剖面研究。至少20个国家的科学家投入到这个为期5年的科研项目中。类似的合作计划还有南极陆地系统生物调查(BIOTAS)，国际全球大气化学计划(IGAC)，国际卫星云层气候学计划(ISCCP)，国际卫星陆地表面气候学计划(ISLSCP)，全球洋流联合调查计划(JGOFS)，中层大气计划(MAP)，日－地环境监测(MONSEE)，世界大洋环流实验(WOCE)，世界气候研究计划(KCRP)等。中国的南极研究，根据国家南极考察委员会的部署，在“八五”计划期间，主要侧重于：南大洋磷虾资源考察与开发利用研究，南极重点地区生态系统研究，南极大陆和陆架盆地岩石圈结构、形成、演化和地球动力学及重要矿产资源潜力的研究，晚更新世晚期以来气候与环境演变及现代环境背景的研究，南极与全球气候环境相互作用和影响的研究，南极日地系统整体行为研究，南极环境对人体生理心理等方面影响及医学保障的研究。

。【参考文献】：

1 Farman JG，Gardiner B G，Shanklin J D．Natures，1985，315；207～210

2 刘小汉，位梦华．南极研究，1991，3(4)∶60～66

(南京大学朱诚副教授撰；刘淑军审)