極地科考，遠洋尋蹤

張學英

1985年2月,中國在南極喬治王島南端建立了首個南極科考站——長城站,實現了中國極地考察事業“從無到有”的發展;1989年2月,中國在東南極大陸拉斯曼丘陵地區建立了第二個南極站~中山站,實現了中國極地考察事業“從小到大”的發展。而中國極地考察事業“南大到強”的歷史性跨越則是以昆侖站的建成為標志的。中國極地科考已歷經28年,并在世界極地考察中已占有一席之地,但與其他主要極地考察國家相比,仍存在較大差距,我們為此邀請到國家海洋局極地考察辦公室主任曲探宙,請他談談極地科考的中國思路與成就。

今日中國:從1985年長城站的建立,到2009年昆侖站建立,中國南極考察站實現了從南極大陸邊緣向腹地延伸的歷史性跨越,這一跨越用時24年,請問這其中的困難和挑戰都有哪些?

曲探宙:南極考察是一項高風險和高投入的事業。中國從1984年開始組織首次南極考察隊,至2009年,建立了長城站、中山站、昆侖站三個南極考察站,實現了從無到有、由南極沿岸到南極內陸的兩次歷史性跨越。

南極是遠離人類文明的沉寂的大陸,有著地球上最為嚴酷的自然環境。中國開始組織開展南極考察初期,選派科學家參加國外的南極考察隊,熟悉南極的自然環境,學習外國南極考察隊的經驗。在沒有破冰船的條件下,選擇無冰期相對較長的南極喬治王島建立中國南極長城站;購進“極地號”破冰船后,在東南極建立中山站,并以中山站為依托,開始探索南極內陸。經過9年的探索,中國南極考察隊到達了南極內陸最高點——冰穹A,這是人類首次從地面到達這一區域,并在2009年初建立了中國南極昆侖站。

在28年的南極考察歷程中,嚴酷的自然環境、遙遠的距離、科技水平和后勤保障能力始終是中國開展南極考察的最主要的制約因素。每次裝備的換裝,特別是雪龍船的投入使用和南極考察站能力建設的實施,均為南極科學科考工作的開展打下了堅實的基礎。

今日中國:在冰穹A建立昆侖站,對于極地考察研究有何意義與價值?目前,我們進行了哪些科學研究,是否已經有一些初步的研究成果?

曲探宙:昆侖站位于S 80°2501”、E 77°0658”,海拔高度4087米,在距中山站約1350公里的冰穹A地區。

這里有幾個特點:冰穹A是南極冰蓋的最高點,同時也是南極冰蓋最厚的位置之一,那里的冰層記錄了地球氣候變化的諸多因子,也是記錄地球氣候變化時間序列最長的地區之一,是研究環境變化最佳場所;冰穹A緯度高、氣溫低、空氣潔凈、大氣擾動小,是進行天文觀測的絕佳場所,這里開展天文觀測和研究取得的資料質量是地球上其它地區無法相比的,目前中國正在積極開展這方面工作,這對宇空研究、航天等都有重要意義;冰穹A地區冰下就是著名的南極冰下山脈甘伯采夫山脈,研究南極冰下山脈對揭示南極大陸的形成演化有重要的意義,對了解全球地質構造的演化也有重要意義。

目前圍繞一些重要的科學問題,利用冰穹A不可取代的地理位置優勢,中國開展了研究環境氣候變化的深冰鉆工作,一些探索性工作已經完成,2012年中國自主研制的深冰鉆鉆機已經運到了昆侖站,深冰鉆場地已經準備就緒,并取得了120米冰芯,鉆孔完成了擴空和下套管,為開鉆做好了準備工作;天文學方面在三年前架設了2臺小型天文光學望遠鏡并進行了觀測,2012年更換了一臺新的望遠鏡,更換了工作平臺,今后將繼續安裝同型號的2臺天文望遠鏡組成觀測陣,進一步計劃安裝一臺直徑2.5米大型天文光學望遠鏡,目前新安裝的望遠鏡觀測正常,正在獲取資料并發回國內,前三年的觀測資料正在分析處理中;使用不同型號的測冰雷達對冰下地形和冰蓋結構進行觀測和分析研究,同時利用地震儀通過自然地震對大地構造和冰層結構進行研究,目前已取得一些進展,其中冰下地形的研究成果已經發表在國際頂級科學雜志(自然)上。進一步的研究計劃正在執行中。

今日中國:我們看到資料說,科考人員在南極格羅夫山采集隕石11000多塊,位居世界第三,采集這些隕石有何科學價值?

曲探宙:探索地球之外的其他天體,從而揭示地球和整個太陽系乃至宇宙的形成和演化、生命的起源,是科學研究永恒的主題。1999年中國首次在格羅夫山地區發現并收集到隕石。通過10幾年不斷的工作,中國的南極隕石樣品總數已達11000多塊,躍居世界第三,成為僅次于日本和美國擁有南極隕石最多的國家。大量南極隕石的發現,為中國隕石學和比較行星學提供了極為珍貴的其他天體樣本,包括太陽系形成過程中殘留的最原始的各種類型球粒隕石、以及來自灶神星和火星的巖石等,極大地促進了該學科的發展和人才隊伍的建設,為中國月球和火星等深空探測工程科學目標的制定和實現發揮重要作用。

隕石是除月巖之外,人類唯一獲得的地外巖石樣品,是太陽系形成和演化不同階段殘留的“化石”。最原始的隕石中保存了太陽系形成之前就已存在的來自各種類型恒星的塵埃、以及太陽星云凝聚過程中形成的不同集合體;鐵隕石、石鐵隕石和一些無球粒等由小行星熔融產生,代表了行星的核幔殼分異產物,還有很少量的隕石來自月球和火星,是月球和火星探測的重要補充。隕石是大自然無償提供給人類的珍貴樣品,是揭示包括地球在內整個太陽系形成和演化的“鑰匙”。

今日中國:2012年7月2日,“雪龍”號科學考察船從青島起航,搭載中國第五次北極科學考察隊奔赴北極開展科考工作,我們看到有媒體報道這次科考將會在北極科學研究熱點和國際合作領域有所突破,請問都分別指的哪些方面?此次還首次穿越北冰洋——大西洋區域,請問此舉有何科學意義?請問此次科考面臨挑戰有哪些?

曲探宙:中國第五次北極考察將圍繞“南北極環境綜合考察與評估”專項開展北冰洋科學考察。此次考察將繼續圍繞北極快速變化及其中國氣候的影響總體科學目標開展多學科綜合考察,了解北極海冰快速變化下的北極環境響應。第五次北極考察有來自美國、法國、冰島和我國臺灣的5名學者。特別是來自冰島的科學家是首次參與中國北極考察,這是中冰北極合作一部分,將豐富兩國在北極開展科學研究的新途徑。此次中國雪龍船將首次經東北航道從太平洋扇區一側前往大西洋扇區開展北冰洋綜合考察,開拓了中國北極考察的新領域,有利于開展兩個區域的對比研究。在大西洋扇區考察時,還將布放一套大型海氣耦合浮標。這是長期開展北極海洋環境觀測重要手段,也是本次考察的難點之一。雪龍船面臨的挑戰還包括往返東北航道所面臨的諸多不確定因素。

今日中國:就在今年四月,中國剛剛結束第28次南極科考,此次南極科考實現了中國南極科考歷史上的諸多突破。請您詳細分析實現這些突破背后的困難與意義?此次為何會將南極海豹的行為納入科考的項目?

曲探宙:作為“十二五”期間首次實施的極地考察,本次考察的特點是:時間緊、任務重、任務多元化。“十二五”極地專項常規科學考察、工程建設與“三站”后勤物資補給等三大任務同時展開,其中“十二五”極地環境綜合調查專項是首次開展的國家大型極地專項調查項目。

內陸考察隊歷經了極低氣溫、“地吹雪”、白化天氣等極地天氣和軟雪帶、藍冰區、雪丘密集區、冰川裂隙等極端考驗,以頑強的毅力克服了種種困難。26名隊員在2012年1月4日晚間成功抵達位于南極內陸冰穹A地區的昆侖站。隨后開展了深冰芯導向孔鉆探、巡天望遠鏡安裝及昆侖站區天文儀器維護,并開展冰蓋探測、測繪、冰川及氣象等科考項目。

在南極地區,海豹是能上陸地和冰架最大的哺乳動物,它的分布和數量的變化直接影響著南極磷蝦、魚類和頭足類海洋生物、企鵝及海豹種群和數量的改變,也是南極生物鏈中舉足輕重的一環。因此,對海豹生物、生態學的研究,在全球海洋、特別是極地生態系統研究中有著重要的科學意義和潛在的經濟價值。第28次南極考察隊對棲息在長城站附近的海豹進行行為學及其棲息地環境狀況研究,該項目獲得了國家海洋局公益性項目的資助,經研究,可更好地了解海豹的行為樣式、生活習性和棲息環境特征,為中國極地海洋獸類研究和野生海豹及其棲息地的保護積累必要的基礎資料。

今日中國:北極科考與南極科考在研究考察的側重點、目標方向等方面都有哪些差異?

曲探宙:北極科考重點是放在北極快速變化對中國氣候的影響。中國地處北半球,北極對中國冬季寒潮、凍雨,春季沙塵暴和夏季暴雨都有直接的影響。因此,我們開展北極考察,主要是開展北冰洋海洋考察。南極科學考察重點是了解南極在全球變化中的作用。南極是開展各類科學研究的理想之地,范圍包括從宇宙到高層大氣,到地面的生物、地質、冰川,再到海洋和海底。中國在各個學科都有科學家參與考察與研究。

今日中國:有外國媒體稱中國極地科考是“瞄準資源”,您怎么看待這一說法?中國的南北極科考各自對中國國家發展戰略以及海洋發展戰略有哪些意義?

曲探宙:環境與資源是當今全球經濟社會可持續發展的瓶頸。“資源”應當是一個廣泛的含義,包括油氣、礦產、生物資源、空間、科技資源等,南、北極地區是資源的寶庫,為人類的未來發展提供了重要來源。中國開展南、北極考察的目標是對極地海洋、氣候、環境、生態系統等方面全面了解,增強對極地區域的科學認識,同時,科學考察也是認識資源和利用資源的基礎。中國將進一步增強極地科學考察能力,加強對極地科學考察的國際合作,也會在國際條約和規則框架下參與極地資源的開發與利用。作為負責任的大國,中國將遵守國際規則,積極開展國際合作,與國際社會一道,增強人類對極地的科學認知,保護極地生態環境,促進極地和諧發展。

當下全球氣候快速變化已成為一個公認事實,而南、北極地區正是這種變化的敏感區域,也是全球最大的制冷驅動器。認識極地在全球氣候變化中的作用及對中國的影響,有助于對中國制定應對氣候變化戰略和措施。尤其中國是近北極國家,認識和了解北極對國家經濟社會的可持續發展具有重要意義。

近年來中國極地科學考察研究表明,北極氣候變化負面影響最大的是北半球中緯地區,中國也是其中之一,這種影響涉及社會生活的各個層面。極地氣候變化對中國天氣具有直接或間接的影響,進而改變區域降水量和降水分布格局;北極氣候變化引起的氣候異常將直接影響中國農業;極地海冰融化對中國沿海地區的安全和發展造成威脅,進而對中國沿海經濟發展產生影響。氣候變化加速了北極海冰的融化,從而為北極地區資源開發提供了更多的機遇,如北極航道的開通,將會大大縮短東亞地區到歐洲和北美的海上貿易航線,促進貿易;北極油氣和礦產資源的開發也將為投資、貿易和技術創新提供了新的發展空間。中國是近北極國家,將積極關注這一區域的發展,與相關國家開展互惠互利的合作,為中國的社會經濟可持續發展做出貢獻。

今日中國:到目前為止,中國極地考察進行了哪些卓有成效的實驗,有哪些引世人矚目科研成果?

曲探宙:中國在南極內陸冰蓋最高點,號稱不可接近之極的冰穹A建立了昆侖站,并將自主研發的CSTAR小型望遠鏡在那里進行了常年觀測,獲得了大量寶貴星圖。通過這幾年的測試,證明昆侖站是地球上最好的天文觀測地。在那里開展的低溫材料試驗,將對未來中國開展南極內陸自動化觀測、深冰芯鉆探等研究和耐低溫建筑材料研制提供科學依據。在冰穹A進行深冰芯鉆探,將開創中國冰川學研究的新紀元。南極航空冰雷達的研發,填補了中國在該領域的空白。

今日中國:極地考察在國際合作方面的進展如何?

曲探宙:中國自開展極地考察以來,就高舉和平、科學的大旗,踴躍參與國際極地事務,積極開展對外交流與合作,在極地領域的影響力顯著提高。

中國高度重視國際組織在極地事務中的作用,先后成為極地重要國際組織的成員,并逐步深入參與各項極地國際事務。1983年,經全國人大批準,中國加入了《南極條約》,1985年中國被接納為《南極條約》協商國,獲得了在國際南極事務中的決策地位。此后,從維護南極條約的宗旨和原則以及國際社會的共同利益出發,參與了國際規則制定的討論,設立了中國的歷史遺址,建立了南極特別保護區,通過了內陸站綜合環評;1986年,中國成為南極研究科學委員會正式成員國,先后有兩位科學家擔任過該委員會的副主席,為制定國際南極合作研究計劃積極工作;1988年,中國成為國際南極局局長理事會成員國,為促進極地后勤保障領域的國際合作做出了努力;2002年,中國成功承力、了南極研究科學委員會和南極局局長理事會會議,會議首次在中國的成功舉辦,充分表明了中國對極地科學和極地事務的高度重視,進一步提高了中國的國際聲譽和國際地位;2006年,中國成為南極海洋生物資源養護公約成員國,開始全面介入南極海洋生物資源的利用和保護工作。與此同時,中國也積極而廣泛地參與了國際北極事務:1996年,中國加入國際北極科學委員會,成為該委員會的第16個成員國,獲得了北極科學事務的發言權;2005年,中國承辦了北極科學高峰周會議,這是首次在亞洲召開的北極領域層次最高的會議,會議的成功召開,有力促進了中國北極科學考察的國際交流與合作,在會上,中國還以全票通過,成為新奧爾松科學管理者委員會的成員;在北極高峰周會議中,經過中國積極倡導,成立了泛太平洋北極工作組,成為中國在北極考察領域發揮影響的重要渠道;2007年,中國應邀成為國際北極理事會特別觀察員國;與日本、韓國一起倡導發起成立了“極地科學亞洲論壇”,目前共有5個正式成員國,2個觀察員國。是目前亞洲唯一的區域性極地科學合作組織,中國在這一組織中發揮了主導作用。在眾多相關的極地國際會議中,我們始終堅持自己的原則立場,既體現了中國作為負責任大國的形象,又維護了國家權益,提高了中國在國際極地事務中的地位。

中國還開展了多種形式的極地領域多邊或雙邊合作,密切了與有關國家的關系。我們多次派出高級別的視察慰問團赴中國極地考察站視察,并與友鄰國和國外極地考察機構開展交流,增進了了解,促進了合作。2010年12月,國務委員劉延東同志率團親赴南極長城站視察,并出席了中智極地研究合作協議的簽署儀式,既極大地鼓舞和激勵了廣大極地工作者,又促進了中智兩國在南極的全面合作;2010年冰島總統來華訪問,就中冰兩國極地事務展開高層對話,2012年,溫家寶總理訪問冰島,中冰兩國簽訂了關于北極科考合作的協議,使極地成為中冰兩國合作的重要內容之一;我們還以考察隊和雪龍船為平臺,開展了多項交流活動,多國科學家、后勤人員等參加了中國南北極考察,中國的考察隊員也多次參加了德國、美國、挪威、瑞典、加拿大、日本、韓國等數十個國家的南極和北極考察,通過聯合考察,擴大了中國的考察領域,加強了合作與交流;舉辦了多次雙邊和多邊科學和后勤研討會,其中,2007年召開了南極內陸DOME A研討會,進一步凝練了科學目標,加強了該區域各項目間的了解和協調。2008年召開的東南極后勤合作研討會,初步建立了由有關國家參加的東南極后勤合作機制,加強了各國東南極考察與研究規劃和計劃的協調。2009年開始,召開了多次中美關系討論會極地圓桌會議,推動了北冰洋考察、天文觀測的項目的討論和合作;聯合開展了多項極地科普教育活動,其中2008年與美、墨西哥、澳大利亞等國共同舉辦了國際青少年視頻報告會,中外青少年分別作了報告,交流了對極地的認識和對未來的期望。同時,還與中挪合作開展了IPY“中國大學生迎接北極第一縷曙光的活動”,在大學生中引起了很大反響;此外,中國還開展了共同研究、人員互訪、聯合培養學生、后勤合作、共享設備設施、信息資料交流、學術講座、簽署合作協議等形式的合作,通過合作,進一步加強了交流,促進了科技、后勤工作的進步。