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这颗星球上 再没有比南极更特别的土地了

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2019-01-07 15:10:54
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  1959年,美苏英法等国经过反复磋商终于在华盛顿达成一致,冻结对南极的一切领土要求,禁止在南极进行任何军事活动,这便是著名的《南极条约》

  (南极条约组织的旗帜)

  条约最大限度地将人类的贪婪限制在南极以外,使得南极成为这颗星球上最纯净的冰雪世界

  (南极视角的地球,图片源自@Photographer's Choice/VCG)

  冰雪之中,是完全不同于人类文明的另一种繁荣,包括全球最为独特的生态系统,全球数量最多、繁衍最成功的动物,它们在极为荒芜冷酷的自然条件下生生不息

  一切都需要从南极的形成说起,那是一场持续3000多万年的“风”“流”往事

  Ⅰ风流双煞

  2亿多年前,地球上的陆地主要由两部分构成,劳亚古陆盘踞北半球

  今天的南极、非洲、南美、印度等地则连成一片,共同构成了南方大陆、冈瓦纳古陆(Gondwana)

  (联合古陆,制图@赵云鹏/星球研究所)

  虽然同样位于高纬度地区,但此时的南极远没有今天这般寒冷,蕨类、苏铁等植物生长茂盛,森林绵延、郁郁葱葱,各种古兽繁衍其间,物种昌盛、万象更新

  (2亿年前南极大陆上的代表性动物水龙兽及其生存环境复原,它身长从0.6米到2.5米不等,上下颌前端可能有喙状嘴,用来切碎植物,两颗长牙是其显著标志,图片源自@National Geographic/VCG)

  如若照此发展,也许我们今天看到的南极与欧亚大陆并不会有太大的差别。但是,1亿多年前关键性的转折出现了,冈瓦纳古陆开始分裂,非洲、澳大利亚等陆块纷纷向北漂移,印度次大陆更是如箭离弦般向欧亚大陆飞速撞去,只有南极陆块孤零零地留在极地

  (1.4亿年前至今的板块运动示意图,视频制作@Christopher Scotese)

  当时间到了3400万年前,南美洲与南极陆块的最后连接,也被板块运动的洪荒之力无情切断

  海水喷涌而入,形成了宽达900千米的德雷克海峡(Drake Passage)两个大陆隔海峡相望,努力勾连的“手指”依依不舍

  (德雷克海峡,制图@张靖/星球研究所,底图源自@NASA)

  于是,一个以南极点为中心四面环海、孤立于其他大陆的南极大陆诞生了

  (以南极大陆为中心地图,采用皮尔斯梅花投影法制作,可以更好地展现南极与其他大陆的关系,同心闭合的白色曲线是纬线,其它是经线,制图@Daniel R. Strebe/维基百科)

  它面积高达1400万平方千米,比中国的陆地面积还大46%

  (南极大陆与中国面积对比,制图@赵云鹏/星球研究所)

  大陆四周没有其他陆地、山岳的阻隔,海面上无遮无拦,“风”率先降临,它自西向东环绕南极一周,风力时常高达7级以上,人称咆哮西风带(Roaring Fifties/Screaming Sixties)

  (咆哮西风带,源自@Matt Owens/NOAA;西风带的形成与地球自西向东的自转等因素有关,南极与其他大陆的分离极大加强了风势)

  强风吹动海面,形成海浪,海浪又带动深层海水形成更强大的洋流,洋流环绕南极同样无遮无拦,流速越来越快,规模也越来越大,最终形成了一个宽600-2000千米,深达2-4千米的超级洋流南极绕极流(Antarctic Circumpolar Current)

  这是世界上最大的洋流系统,流量超过全球所有河流总径流量的100倍

  (南极绕极流,视频源自@NASA;南极绕极流不同位置的流量有差异,此处以德雷克海峡为准计算;南极绕极流的形成原因还包括地球自转)

  现在,“风流双煞”皆已登场,狭窄的德雷克海峡上风雷滚滚、海浪汹汹,成为企图进入南极者的噩梦

  (正在通过德雷克海峡的船只,图片源自@VCG)

  更重要的是“风流双煞”形成了两大屏障,将整个南极包裹起来,来自北方的暖流难以进入,内部的寒流亦难外散,内外热量交换受阻,南极大陆几乎被“封印”其中

  (南极大陆被“封印”示意图,制图@赵云鹏/星球研究所)

  当一片大陆被“封印”,会造成怎样的后果呢?

  Ⅱ冷酷末日

  后果就是,对原本生活在南极大陆上的生命来说,末日降临了,首先是冷,与没有被“封印”的北极相比

  无论最低温还是年平均气温,南极都要冷20度左右,2013年记录的最低温甚至达到-93.2°C,为地球之”冷极“

  至冷之中,冰雪纷纷飘落,高山上发育出巨大的冰川,将南极的山峰切割得尖削凌厉。

  (埃尔斯沃思山脉群山,其中文森峰海拔4892米,是南极洲最高峰,图片源自@National Geographic/VCG)

  当冰雪堆积超过千万年,南极98%的陆地都被巨大的冰川所笼罩,称为冰盖(Ice Sheet)

  (南极冰盖,根据卫星图像合成,冰盖反射阳光,呈现出一种激动人心的珍珠光泽,图片源自@NASA)

  原本高耸的山峰,只能露出尖尖的山顶,有如白色海洋上的小岛名为冰原岛峰(Nunatak)

  (瑟斯顿岛上的冰原岛峰,图片源自@NASA/John Sonntag)

  就连那些燥动不安的火山,也不能幸免

  (从太空拍摄的南极火山群,下方火山口最突出者为西德利火山,海拔4285米,是南极洲海拔最高的火山;照片上看似狭小的火山口,实际宽度超过5千米;图片源自@NASA)

  南极大冰盖集中了全球70%的淡水,如果融化足以令全球海平面上升60余米,中国沿海及华北平原都将泽国一片,冰盖平均厚度高达2300米,最厚之处可以达到4700米,相当于将3个泰山海拔的冰雪叠加,巨大的重量压迫陆地下陷,甚至严重低于海平面。

  (去除冰川后的南极陆地示意图,一半在海平面以下,图片源自@NASA)

  另一方面,南极冰盖如同一顶中间高、四周低的帽子,帽顶的空气因受冷而密度增大,沿着帽子的斜面急剧下滑形成下降风(Katabatic wind)

  (下降风形成示意图,制图@张靖/星球研究所)

  下降风卷起地表的雪粒遮天蔽日,目前地球上已知最大的风速便在南极,是名副其实的“风极”

  (一位科研人员正在南极维加岛的风暴中行进,图片源自@VCG)

  下降风肆虐迅猛,所到之处物毁土崩,它呼啸着抵达海岸,横扫大洋

  (飞机拍摄的南极菲尔克纳冰架附近海面,下降风吹动积雪在海面上留下了清晰的痕迹,摄影师@Linette Boisvert/NASA)

  海洋也跌入酷寒之中,表面的海水被冻结成冰,从太空俯瞰,白色的海冰正向四面八方扩展,似乎要让蓝色星球换改天换地

  (2015年9月21日的南极海冰范围,图片源自@VCG)

  这些海冰厚达2米,陈年的冰层更是能达到5米,它们互相挤压摩擦,嘎嘎作响,即便最强大的破冰船也只能择机而行

  (一艘美国破冰船行驶在南极海面,图片源自@VCG)

  寒冷、冰雪、大风,曾经生机勃勃的动植物,包括陆生动物、大多数鱼类都走向了灭绝,南极已经彻底由绿色天地转变为万物肃杀的冷酷世界,生命就这样结束了吗?

  (喙嘴翼龙化石,曾于1亿多年前生活于南极,图片源自@M0tty/维基百科)

  当然不是,因为一场全新的生命大戏正在冷酷中孕育

  Ⅲ冰雪生机

  南极冰盖并非静止不动,而是会从高处向低处流动,形成冰流

  (南极冰流示意,视频源自@NASA)

  当冰流到达海岸,会在海岸边矗立起巨大的“冰墙”

  (帆船与海岸“冰墙”,摄影师@周三哥)

  冰流继续向前,延伸至海面之上便会形成冰架(Ice Shelf)

  冰架断裂,在海面上四处漂浮是为冰山(Iceberg)

  (冰架冰山形成示意图,制图@赵云鹏&兰泽玉/星球研究所;冰山由陆地上的冰川形成,而海冰由海水直接冻结形成)

  南极大陆边缘74%的海域都被冰架覆盖

  (2004年3月拍摄的拉森冰架,摄影师@Jim Ross/NASA)

  从海面望去有如一条连绵不绝的冰雪长城

  (请将手机横屏观看,摄影师@柳叶刀)

  当这种冰架的前缘断裂所形成的冰山往往呈现桌状

  (南极桌状冰山,图片源自@VCG)

  可以高达数百米

  (注意冰面上的企鹅,图片源自@VCG)

  在海浪、狂风的不断侵蚀下,变得形态万千

  (请将手机横屏观看,图片源自@Michael Leggero/VCG)

  然而无论冰山多么巨大,在大洋的汹涌波涛之下都难逃分崩离析的命运,大量的冰架、冰山不断融化为大洋带来富含氧气的冷水,再加上剧烈的洋流,将海洋深层的营养物质搅动到海面,冰架、冰山周围

  形成了氧气与营养物质都极大丰富的海流,一众生命纷纷登上舞台,但它们又该如何抵抗无情的严寒呢?

  (上升流和下降流示意图,制图@张靖/星球研究所;相比之下,北极海域的营养物质不如南极丰富,赤道海域则是氧含量低于南极;冰山融水带来的铁元素也是生命繁衍的关键,具体可参见“铁限制假说”)

  ①首先登场的是

  以硅藻为代表的浮游植物,它们个体极小,只能用微米衡量

  (硅藻,图片源自@NASA)

  就是这样小小的生命,凭借着异常丰富的种群,将海水、浮冰“染”成绿色

  (海水因充满藻类而呈现绿色,图片源自@NOAA)

  ②紧接着

  以藻类为食的南极磷虾登场为了度过漫长而寒冷的冬季,它们能够忍受超过200天的饥饿,甚至会出现负生长,所以通常2-3年也不过长到5厘米左右

  (南极磷虾,图片源自@维基百科)

  然而就是超强的忍耐力,让这个不起眼的小生命,成为这颗星球上数量最大,繁衍最成功的动物之一。保守估计总量在5亿吨以上,相比之外,人类的总体重也才4亿多吨

  它们喜欢集群活动,找到食物的个体会把信息转告其他个体,然后一拥而上集体抢食,每立方水体可以聚集几千到数万条,之后又在洋流和浮冰的驱动下,流云般地来去无踪

  (太平洋磷虾群,谨供参考,图片源自@VCG)

  ③如此巨大的磷虾种群

  形成整个南极生态系统的基石,可以支撑的生物链远远超过人们的想象

  鱼类便是其中之一,最具代表性的是南极冰鱼,它极强的“抗冻”能力,源于循环系统中的一种糖蛋白,可以有效防止血液冻结,类似于人类在汽车中使用的防冻剂

  (一种南极冰鱼,图片源自@Marrabbio2/维基百科)

  因为南极海域富含氧气,有的南极冰鱼还在演化中干脆丢掉了运送氧气的血红蛋白,从而使得血液呈现为白色

  (一种小型南极冰鱼,呈现透明状,图片源自@Uwe kils/维基百科)

  ④鸟类也在南极洲大陆边缘以及周边岛屿上繁衍起来,数量多达2亿只

  (信天翁,摄影师@林中响箭)

  它们在南极海域的风浪中博击,以南极磷虾、鱼类、乌贼等为食

  (灰背信天翁,摄影师@PETER)

  身形优雅的漂泊信天翁尤其惹人瞩目,它的翼展可以长达3.7米,是现存翼展最长的鸟类

  (漂泊信天翁,图片源自@澳大利亚南极事务部)

  不过,真正大红大紫的鸟类并非信天翁而是早已失去飞翔能力的企鹅

  数千万年前,企鹅的祖先放弃了天空,它们专注于游泳,以便在大洋中获得更多的磷虾、鱼类等食物,在它们光滑的羽毛内保留一层空气层,既可以增加浮力,也有助于隔绝南极冰冷的海水

  耳朵、脚等部位则变得更小,以减少热量流失。

  (3700万年前的巨企鹅与人类、现在的帝企鹅对比,制图@张靖/星球研究所)

  如今,企鹅家族已多达19种,其中居住在南极、亚南极区域的共有8种

  (请将手机横屏观看;企鹅家族图谱,目前种数仍有争议,制图@张靖/星球研究所)

  从绅士般的王企鹅

  (王企鹅,比帝企鹅稍矮,但颜色更鲜艳、嘴部更长,耳后还有个橘红色的封闭斑纹,图片源自@VCG)

  到“浑身是戏”的帽带企鹅

  (帽带企鹅,摄影师@汗斯)

  再到红嘴的金图企鹅

  (金图企鹅,摄影师@陈小琳)

  而高大、坚毅的帝企鹅,则最有最强的抗寒能力,它拥有所有企鹅中最大的体重,减少了相对表面积和热量损失,帝企鹅还能够控制血液流向四肢,防止肢体冻结

  (帝企鹅,图片源自@VCG)

  而通过抱团取暖,更是可以在零下数十度的低温环境中,让体温上升到38°C,同时它们还会不断变换位置,以确保每只帝企鹅都有机会进入最温暖的中心区域

  (抱团取暖的帝企鹅幼崽,图片源自@VCG)

  ⑤大型的海洋哺乳动物也繁盛起来

  海豹、海狮、海象以厚厚的皮毛著称,具有极佳的御寒、防水性能,其中,有着细小耳朵的海狗,是海狮科的一个亚科

  (海狗,图片源自@VCG)

  体型臃肿的象海豹,雄性体长可达6.5米,体重约4吨,“青春年少”便已经是一个大胖子

  (象海豹幼崽,图片源自@VCG)

  喜欢凿洞的威德尔海豹,经常从冰洞中伸出小而圆的脑袋,尽情呼吸

  (威德尔海豹,图片源自@VCG)

  胃口巨大的鲸鱼,也时常在南极海域出没,从喜食磷虾、重达200吨的蓝鲸

  到常以优美姿势跃出水面的座头鲸,再到顶级掠食者虎鲸,它们拥有厚厚的脂肪层,可以提供足够御寒的能量。

  (座头鲸,图片源自@VCG)

  就这样,“风流双煞”封印了南极,却又创造出了独特的生态系统,从单细胞的硅藻到成群的磷虾,从优雅的信天翁到最引人瞩目的企鹅,从种类众多的海豹到上百吨重的巨鲸,万物竞发、生机勃勃。

关键词:南极,企鹅,生态系统责任编辑:李兴双

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