你如何對南極冰蓋進行“CT”? 揭開科研站中隱藏的科技奧秘

Mondo 科學 更新 2024-02-14

極地科學考察是人類探索自然奧秘、探索發展新空間的重要領域,是造福當代和子孫後代的事業。 今年是中國極地探險40周年。 40年來,中國不僅在極地地區建成了6個科研站,還取得了多項世界領先的科研成果。 40年來,中國基本上建立了獨立的南極考察研究科學體系。

不久前,在中國南極洲長城站站區,俄羅斯別林斯科金站科考隊隊員前來互訪,他們參觀了長城站實驗室,對冷藏高速離心機、水下機械人等10餘種實驗儀器裝置表現出極大的興趣。 得知今天是農曆新年,俄羅斯科考隊隊員們也特意送上了新年祝福。

在地球最南端,先進的實驗儀器裝置為南極探險提供了有力的支撐。 早在上世紀90年代,我國就以南極陸地、淡水、海洋生態系統、南極岩石圈為主要方向組織實施南極系統研究,7個專案涵蓋138個課題,初步形成了基本完整的南極研究基金會。

黨的十八大以來,我國不斷加大對南極考察能力建設的投入,圍繞“雪龍探尋”等重大專案的實施,新科研站和破冰船陸續投入使用。

國家海洋局極地考察室原一級巡視員秦維佳:我們的科研站在技術上越來越先進,在實用功能上也越來越注重科學研究,在海洋學方面取得了多項舉世矚目的科研成果, 冰川學、空間學和地球物理科學,因為我們開展了 40 年的南極探險活動。

經過幾代科學家40年的努力,我國已基本建立了獨立的南極考察研究科學體系,成為研究南極冰蓋形成、演化和失穩、研究南極極光的國際南極研究不可或缺的力量。

冰蓋“CT”揭示了南極洲冰下湖泊的生命生態系統。

南極冰蓋是地球上最大的冰塊,對全球氣候變化有重大影響。 中國科學家多年來一直在對南極冰蓋進行深入的科學研究,有望利用冰雷達對南極冰蓋進行“CT”,首次揭示南極冰下湖的生命生態系統。

南極冰蓋總面積近1400萬平方公里,平均厚度約2100公尺,是地球的天然空調,如果全部融化,不僅會使全球海平面上公升約58公尺,而且對地球的氣候環境產生深遠的影響。 因此,南極冰蓋的未來變化是氣候變化研究的重中之重。 近年來,隨著全球變暖,南極冰蓋正在加速融化,受到大氣和海洋變暖的嚴重影響。

科學家告訴記者,冰蓋未來變化的最大不確定性來自冰蓋底部,但人類對南極冰蓋底部的了解非常有限,這成為了解冰蓋穩定性及其未來變化的最大短板。 因此,多年來,中國科學家一直利用冰雷達對冰蓋底部進行科學調查。

中國極地研究中心極地冰雪與氣候變化研究所研究員崔向斌:冰雷達是世界上最有效的冰下探測手段,類似於醫院的CT,可以準確地掃瞄和診斷冰蓋從表面到底部。

中國極地研究中心極地冰雪與氣候變化研究所的崔向斌及其團隊主要從事南極雷達冰川學研究。 為了探測南極冰蓋,崔向斌參加了六次南極探險。

中國極地研究中心極地冰雪與氣候變化研究所研究員崔向斌:我們利用不同型別的冰雷達探測南極冰蓋的冰結構、冰層厚度和冰下地形,從而定量評估冰蓋的穩定性、未來變化及其對全球氣候的影響。

目前,崔祥斌與國內科學家自主研發了一套可達到3000公尺探測深度的深冰探測雷達系統,以及淺層高解像度冰探測雷達系統,探測精度為10厘公尺的冰解像度。 除了地面冰雷達探測,崔向斌和他的團隊還進行了航空冰雷達探測,探測深度超過4000公尺,可以滿足整個南極冰蓋探測的需求。 通過空中探測,中國科學家完成了對南極洲最大的資料空白區域伊莉莎白公主地的空中勘測,給出了約90萬平方公里的冰層厚度和冰下地形和地貌特徵。 在伊莉莎白公主地發現了乙個面積約370平方公里、最大深度超過200公尺的大型南極冰下湖,被證明是南極冰下湖鑽探和在極端環境中探測生命的理想目標。

中國極地研究中心極地冰雪與氣候變化研究所研究員崔向斌:未來五年,我們將完成對這個冰下湖水樣的科學鑽探和採集,有望首次揭示南極冰下湖的生物生態系統。

新技術和裝置有助於破譯南極磷蝦。

通過40年的南極科學考察,中國科學家率先完成了磷蝦基因組測序,同時,一批批自主研發的新技術、新裝置投入使用,為我們更好地破譯南極磷蝦奠定了基礎。

磷蝦是南極洲生物量最大的浮游生物,也是南大洋生態系統的基礎物種,世界上有80多種磷蝦,南大洋有7至8種磷蝦,雖然它的長度只有3到5厘公尺,但它是南大洋幾乎所有動物的誘餌, 為了研究這種浮游生物在南大洋生態系統中的作用和進化,2023年將完成由中國科學家牽頭的最大磷蝦基因測序。

中國水產科學研究院黃海水產研究所研究員邵昌偉:我們發現,這種南極磷蝦的整個基因組大小達到了48克(10億個鹼基對),這是什麼概念? 我們的人類基因組只有 3 個2g(10億個鹼基對),南極磷蝦,雖然很小,但它的基因組卻如此之大,所以這是乙個非常有趣的現象。

有了完整的DNA序列圖譜,南極磷蝦的許多生物學特徵開始找到依據。

中國水產科學院黃海水產研究所研究員邵長偉:基本上,這種南極動物,包括海豹、海鳥、鬚鯨、企鵝,基本上都是以南極磷蝦為主要食物**,整個磷蝦處於南極大陸食物鏈中非常關鍵的一環, 它是整個南大洋生態系統的基礎生物和基礎物種。

為了獲得更多的磷蝦資源資料,中國科學家不斷開發新技術和新裝置,以提高中國南極科學研究的水平和效率。 高速採集器是我國自主研發的新型裝置之一,可隨時隨地採集天然海域不同水層的浮游生物樣本和資訊。

中科院海洋研究所原所長孫松:非常有用,在船航行的時候,(高速收集器)被扔進海浬拖了20分鐘,我們可以記錄拖了多少海水,裡面有多少磷蝦。

除了簡單實用的高速收集器外,中國科學家還研發了一種漁業聲學調查新技術,用於開展南極磷蝦資源的調查。

中國水產科學院黃海水產研究所副研究員王新亮:這種聲學方法通過收集磷蝦的整個水層,包括從表層到數百公尺的水層,可以獲得磷蝦的資源特性,因此與傳統的拖網調查相比,其精度很多, 高出許多倍。

中國水產科學院黃海水產研究所副研究員趙雲霞:我們將利用這些手段,為我國南極磷蝦漁業生產提供一些技術預測。 另一方面,它服務於南極磷蝦漁業的管理,並研究資源的分配方式。

*:中央電視台新聞客戶端。

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