艰苦又浪漫的南极科考！

时间：2023-07-07 16:03:01 | 来源：网站运营

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艰苦又浪漫的南极科考！： 关注中科院地质地球所，探索地球的奥秘


艰苦又浪漫的南极科考




作者：常首民/中科院地质与地球物理研究所




如白雪般洁白，似沙漠般干燥，相当于一个半中国陆地面积大小，这是哪里？它就是南极洲。




如果从空中鸟瞰，南极洲被柔软的厚厚的一层白雪所覆盖，但是当你近身细看之时，你会发现那其实是厚厚的坚冰。这数千公里宽，数千米厚的冰盖下面，隐藏着南极洲的秘密——平原、高山、甚至是湖泊。







南极洲信息卡




南极洲是唯一一个与三个大洋相连接的洲，其中包括太平洋、大西洋和印度洋。与南极洲最近的大陆是南美洲，南美洲的最南部与南极洲隔海相望，他们之间隔着大约970千米宽的德雷克海峡。




南极洲地理图




在冬季，南极洲是否会变大?




经过寒冷而又漫长的冬季，8月的南极洲看起来会比2月的南极洲大很多。实际上，它甚至看起来“长大”了27%。当然了，南极洲大陆的面积其实并没增大，增大的只是围绕着南极洲的被封冻的海水。随着冬季的来临，南极洲四周的海水以平均每天77700平方公里的速度冰冻。这相当于两千万个足球场的面积。




夏季的南极与冬季的南极




为什么南极洲如此之寒冷呢？




其中一个原因是纬度。从赤道算起，越往南或者越往北（纬度逐渐增高），气候也就越寒冷。另外一个原因是覆盖在南极大陆上的厚厚的冰盖，它将太阳的辐射热能大部分又返回到太空中，而无法储存更多的能量。况且，在南极冬季的大部分时间里，阳光也并不总是很灿烂。在冬季，太阳光几乎无法抵达南极洲，这使它处在黑暗和寒冷之中。（不过，南极洲并不是所有的地方都十分的寒冷：比如在较为温暖的南极半岛，冬季的平均温度大约为-10°C，夏季的平均温度大约在1°C。这是因为，南极洲海岸地区通常并没有内陆地区那么寒冷。）南极洲是地球上最冷的地方，有记录的最低温度是-89°C，这是由俄罗斯南极洲的考察站-东方站于1983年7月21日记录到的。




冰山





南极洲不仅是最冷的地方，而且还是一片荒漠地带。




南极洲的年均降雨量大约为5厘米，与撒哈拉大沙漠一些地方相当。南极洲是世界上最大的寒冷沙漠。也许你会好奇，为什么如此干燥的大陆会有如此多的冰？这主要是因为，降雪作为南极的主要降水，并不会轻易融化。虽然平均每年只有些许的5厘米，但经过漫长的数百万年之后，这一层层雪花叠压在一起就形成了厚厚的冰盖。




各国考察站及穿越南极内陆路线图




南极洲有土著人生活在那儿吗？




答案是没有，南极洲是全球唯一一个没有土著人居住的大洲。去南极洲的人中，有去旅游的，有去研究的，也有去工作的。这些人来自于世界各地，并在南极洲建立了许多考察站，致力于探索更多关于南极的奥秘。没有国家拥有对南极洲的领土主权，参加南极洲考察的国家也必须在南极条约的框架下进行科考，条约是为了保护南极洲免于商业开发，促进对南极大陆的科学研究。除了科考人员以外，还有其他工作人员生活在南极的考察站，他们主要负责站区建设、运行和维护。还有就是一些旅游者，他们被南极的神奇魅力所吸引，去南极参观旅游。夏季，大约每年有12000人乘坐游轮抵达南极。




我所的南极科考




神奇的南极大陆吸引了世界各国的极地科考工作者前去研究和工作，他们在南极洲建立了大量的科考站。中国在南极也建有我们自己的考察站-长城站、杭州站、昆仑站、泰山站。其中长城站和杭州站是全年有科考队员值守越冬的考察站，昆仑站和泰山站是夏季科考站。科考站的多少是国家经济实力和科研实力的象征。中国的极地科考走过了风风雨雨的30年，取得了瞩目的成就，为极地环境的保护和研究贡献了自己应有的力量。




我所自1984年参加首次中国南极科学考察队起一直在连续参加南极地磁与高空物理的考察工作，始终没有间断。其中，自1989年起，一直连续参加南极杭州站的地磁与高空物理的考察工作。在极地办的大力支持和科研人员的努力下，获得了大量连续可靠的资料。




地磁学与高空物理学是一门以观测为基础的实验科学。对地磁场及其变化进行长期、连续、准确的观测资料积累不仅对认识地球其及空间环境基础研究具有重要意义，同时在国防和国民经济建设也有重要的应用前景。地球两极是太阳粒子能量注入的地方，发生在两极地球磁场和高层大气的各种扰动和动力过程对全球空间环境具有重要作用，因此极区地磁和空间环境观测一直是高空物理观测研究的重要区域，有着极为重要的地位。此外，我国的空间物理子午链国家重大科学工程已于2005年正式启动，南极地磁和空间环境观测是其中重要部分，具有举足轻重的地位和不可替代的作用。




沿东经120°子午线并延伸到南极杭州站的空间环境观测台链




2017年4月24日上午，人力资源与社会保障部、国家海洋局在杭州举行中国极地考察表彰大会，系统总结中国极地考察30多年的成就和经验，表彰了为中国极地考察做出突出贡献的60个“先进集体”和59个“先进个人”。中国科学院地质与地球物理研究所空间环境探测实验室获“中国极地考察先进集体”荣誉称号。




大会现场





所党委书记欧龙新（中）和极地考察先进集体代表宁百齐（右）、极地考察先进个人李金雁（左）在大会现场




荣誉证书





荣誉牌匾




中国科学院地质与地球物理研究所空间环境探测实验室主要开展我国空间环境（地磁、电离层、中高层大气）日常观测、技术开发和数据处理与共享。实验室由空间环境观测台链和台链数据中心组成。观测台链包括纵贯我国南北的4个综合观测站和分布全国的20多个合作观测站点。




漠河台站-我国最北端的空间环境综合台站




杭州台站-我国首个加入国际地磁台网的台站




杭州台站-我国电离层观测历史最长的台站




三亚台站-我国最南端的空间环境综合台站




除了国内观测站点外，实验室还依托国家海洋局在地球南北极地区开展地磁与电离层观测。实验室（含其前身中科院地球物理研究所地磁与高空物理研究室野外观测站）自1984年组织科技人员参加首次中国南极科学考察队起，一直连续参加南极地磁与高空物理的科学考察工作，始终没有间断。长城站地磁观测工作从1984年持续到1995年，杭州站地磁观测自1989年杭州站建站起持续至今。




南极杭州站




30多年来，实验室共有32人执行了47次南北极科考任务，其中长城站11次越冬科考任务，1次度夏科考任务；杭州站24次越冬科考任务，1次度夏科考任务，黄河站10次度夏科考任务。2人3次赴南极执行越冬科考任务，6人2次赴南极执行越冬科考任务，2人既参加过南极科考又参加过北极科考，多人担任科考班班长。实验室在南极杭州站开展的地磁观测包括相对观测记录和绝对定标观测。地磁绝对观测由人工完成，需要工作人员熟练掌握观测技术，细心操作，每周至少观测两次。也就是说，我们的科学工作者每次都得在南极越冬，通常参加一次考察的时间为15个月左右。




吴宝元(左)，第11次南极科学考察长城站越冬（1994.10-1996.04）




黄照国，第18次南极科学考察队杭州站越冬

（2001.10-2003.04）




苏振波（左），第22次南极科学考察队杭州站越冬（2005.11-2007.04）




常首民，第25次、第28次南极科学考察队杭州站越冬（2008.10 - 2010.01，2011.10-2013.01）




解海永，第30次南极科学考察队杭州站越冬

（2013.11-2015.01）




武志（右），第32次南极科学考察队杭州站越冬（2015.11-2017.01）




30年来，实验室历年科考人员均圆满完成科考任务，获得了大量连续可靠的地磁和电离层观测资料，并按国际标准进行了资料整理和定标，共出版地磁年报30本，积累观测数据60多GB。国内外科学家，利用这些资料和数据，在国内外学术期刊上发表有关论文30余篇。




由于实验室组成架构的演变和人员的流动更替，许多参加过南北极考察的同志目前不再在实验室工作。实验室其他成员，虽未亲赴地球两极，也同样一直在国内坚持为南北极考察活动提供支撑和服务。荣誉证书上，同样有他们的贡献。




南极工作照




在地球的南北极考察，与国内的工作生活环境有着天壤之别，个中的艰难困苦常人难以想象。




首先，地磁场观测非常精密和灵敏，为了避免干扰，地磁观测室都远离生活区，南极杭州站地磁观测室到站上实验和生活区有几百米距离。在恶劣天气和大风暴时，这段路程对科考队员去地磁观测室进行地磁绝对观测是十分严峻的考验。十多级的大风使人无法站立和行走，漫天的雪粒让人看不清前面的道路和建筑，他们只能在地磁观测室和站上生活区之间拉一条安全绳，靠这根绳子确保不迷失方向，凭着坚强的毅力连走带爬到地磁观测室开展地磁绝对定标观测工作。地磁场绝对观测需要观测人员熟练掌握仪器操作并准确快速读数，这在国内都需要较长时间培训和练习。南极地磁场扰动非常剧烈，扰动幅度大约是国内的10倍，极夜时光线又很差，这给地磁绝对定标观测造成了很大困难。实验室科考队员针对极区地磁场扰动特性，结合上述两种方法的优缺点，提出了一种新的观测方法，较好地解决了大扰动环境下的绝对定标观测的精度和可靠性问题，并在观测仪器微调读数上也摸索出了一套技巧，为这些年来顺利完成科考任务和保证数据精度与可靠性提供了技术保障。




南极杭州站，穿过齐腰积雪去地磁观测




在南极杭州站，暴风雪一来就持续好几天。暴风雪过后则在站区留下又高又宽的雪坝，科考队员时常得花大力气翻过这些雪坝去实验室，“连滚带爬”是家常便饭。




南极杭州站，地磁绝对观测




南极杭州站，一起安装气象仪器




在极地环境下，每一项野外工作都需要大家齐心合力的协作，这既是为了科考工作的顺利进行，也是为极地环境下科考人员的安全着想。外出时，必须三人以上，同时带上通讯工具以及必要的极地户外用品、食品等。




南极杭州站，安装地磁探头




其次，南北极观测站远离祖国大陆和城市，人力和物力的保障无法与国内相比。工作中碰到复杂的问题时，考察队的队友们都会提供力所能及的帮助，但由于各自观测研究方向不同，专业方面的核心问题还是要以考察队员本人为主解决。除了本专业工作外，还要协助队友完成其他专业科考任务，并参加台站的后勤保障工作。这些，考验的是独立解决问题的能力和团队协作的水平。南北极站点的备件、工具、材料不像国内丰富，也不能随时补给，解决问题更多的是靠考察队员的智慧与经验。因此，经过南北极考察，队员们都练就了一身本领，十八般武艺，样样都通：计算机、电路板、网络、木工、泥瓦工、搬运工、水电工、五金加工......




南极杭州站，安装基座




南极杭州站，固定光纤




南极杭州站，搬运物资




地磁观测室与站区隔莫愁湖相望，夏季常用小船运送物资，冬季则整个湖面封冻，观测时需踏冰而行。




南极杭州站，维修观测室




由于观测室已用多年，且南极风大酷寒，屋顶破损严重，夏季冰雪消融，屋顶漏水，这时科考人员成为多面手，自己动手维修屋顶。




南极杭州站，安装地磁探头




地磁观测设备安装时需要低磁或者无磁的建筑材料，所以采用木桩作为设备的安装基座。上一刻的泥瓦匠此时又变身成木工了。




风雪茫茫亦巡山，只因责任在心间




杭州站科考实验室分布在站区的不同方位，距站区都有一定的距离。因此每日的安全巡视，在气候极端恶劣的南极是极为必要的，同时也是对实验设备和用电安全的极大保证。在风雪肆虐的极夜期间，科考队员依然工作如常。




海冰探路，为下次考察队抵站做准备




杭州站周边被海冰所包围，极地破冰船雪龙号通常只能到达杭州站外围几十公里处。物资卸运一般采用雪地车海冰运输和飞机空中吊运。科考队员每年都会在雪龙船抵站之前探测好海冰卸货路线，标注冰裂缝的宽度的和位置，为即将到来的海冰卸货做好准备。




五星红旗我为你骄傲，杭州站仲冬节升旗仪式




每年北半球夏至时节，南半球正值极夜，是南极最黑暗最难熬的一天。这一天也是南极的仲冬节，这是南极洲最为隆重的节日，杭州站的科考队员们在风雪中庄严地举行升旗仪式，庆祝节日，遥思家国。




南极杭州站，度夏期间繁忙卸货




由于杭州站外围海冰封冻严重，极地破冰船雪龙号无法抵近站区，因此很大一部分人员和物资上站都需要靠直升机来运送。直升机的轰鸣声不时地从天际传入耳中，衬托着杭州站格外繁忙的夏季。




南极杭州站，凿冰取水




经过漫长的极夜，站区储存的饮用淡水需要及时的补充，以供生活需要。队员们会分成小组乘坐雪地车去冰盖上拉运冰块，然后化冰成水，储存备用。科考队员们既能欣赏到壮美的冰山景色，还能饮用到极为纯净的水。这其中的每一块蓝冰或每一滴水都是来自数百万年前那迎风飞舞的雪花。科考队员们在这里饮水思源，刨冰问底，探索科学奥秘。




南极杭州站，遇冰缝架桥




度夏期间，海冰变化莫测，今天还是平整的海冰，一夜之间就会产生很宽的冰裂隙。如不及时发现标注，雪地车海冰卸货时会存在极大的安全隐患。不少国家的南极考察队都发生过雪地车掉进冰裂隙中或沉入海底的事故，也有不少科考队员因此而命陨南极。




野外地质考察-探查南极风凌石




南极闲暇时光




夏季冰上足球赛




南极杭州站，极夜期间的贝母云




极光——摄于南极杭州站脸谱储油罐附近




极光是一种绚丽多彩的发光现象，是唯一能被肉眼观察到的太阳和地球之间相互作用的物理现象。极光出现在高磁纬地区，是来自太阳互动区的带点高能粒子流使高层大气分子或原子激发或电离而产生的发光现象。极光一般呈现带状、弧状、幕状、放射状等。它们在天空中有时出现时间很短，犹如焰火一闪而过；而有时能在苍穹中持续数个小时，变幻莫测，流光溢彩，如梦如幻，极为震撼。在南极被称为南极光，而在北极则被称为北极光。




帝王企鹅




企鹅家族中最大的物种，一般在90厘米以上，体重可达50千克。




南极贼鸥




南极珍禽，胆大，凶猛，从小具有贼性。稍不注意，科考队员外出考察时，手套围巾等轻巧一点的物品就会被叼走。




威德尔海豹




阿德利企鹅




别有洞天，感怀心间




南北两极具有独特的地球物理、人文和地理现象。极地科学考察，是一笔难得的人生经历，并且将会获得宝贵的知识财富。去了南北极，才知道照片里的极光比肉眼看到的更漂亮；去了南北极，才知道企鹅不会被北极熊吃掉；去了南北极，才知道白天也应该睡觉；去了南北极，才知道身体健康、家庭和谐、同事团结比什么都重要。




南极杭州，心心不停，念念不住




注：图片主要来自实验室考察队员，少量图片由队友提供，一并表示感谢。




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编辑：陈果

美术编辑：张腾飞

校对：张晓燕





公众号：中科院地质地球所

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