《自然》聚焦极地研究未来走势—资讯—科学网
时间:2017-12-07

  “自然”焦点极地研究未来趋势

  “南极洲”这个词让人联想到高耸的冰川,冰山上散发着凶猛的海洋,以及其他任何地方都无法看到的动物。这个大陆包含了地球陆地面积的十分之一,近90%的冰川和约70%的淡水,周围的海洋支持巴塔哥尼亚的牙齿和磷虾的捕捞,对于调节气候和捕获二氧化碳也很重要。

  在“自然”杂志上撰文,南极科学家正在破译地球的气候,研究冰下的湖泊和山脉,探索深海,发现生命和宇宙的起源,但这片冰雪也正在经历一个无情的冰雪侵蚀,洋流变化,臭氧层恢复等局部变化也具有全球性的影响,并且已经在气候,海平面,生物多样性和社会等方面发生了深刻的变化。

  2014年4月,南极研究科学委员会(SCAR)召集了来自22个国家的75位科学家和决策者,并在未来20年或更长的时间里通过了南极研究的重点。这是国际南极研究协会首次通过讨论,辩论和表决形成集体意见。最后,SCAR从数百个科学问题中挑选了80个最紧迫的问题。

  最近,SCAR副主席,德克萨斯州大学海洋学名誉教授Mahlon C. Kennicutt及其同事总结了一些重要的科学主题,并概述了研究人员和政府为实现这些目标所必须采取的措施。稳定的资金和更大程度的接近和保护非洲将需要更多的国际合作。

  六个主题

  所有问题分为六个主题。研究合作者澳大利亚莫纳什大学生物科学教授Steven L. Chown说,要充分利用南极的科学潜力,我们需要做到以下几点。

  定义南极和南大洋的全球覆盖。肯尼古特指出,南极大气变化可以改变地球的能量平衡,温度梯度和空气化学和环流,但是没有人知道这些过程背后的秘密,大气,海洋和冰川之间的相互作用如何控制气候变化?极地气候变化如何影响热带海洋和季风?臭氧层空洞的复活和温室气体浓度的上升如何影响当地和全球的大气环流和气候?

  南极海洋在地球系统中扮演着重要的角色。它连接全球海洋,形成一个将空气中的热量和二氧化碳输送到深海的全球海流系统。但是,由于二氧化碳的溶解,海洋变得越来越酸,而南方的寒冷水域将首先显示其影响。气候变化如何改变海洋吸收热量和二氧化碳的能力,支持海洋的生产力?

  海冰可以反射和过滤阳光。它调节海洋和大气之间的热量,能量和气体交换。海冰的形成和融化决定了海水的盐度,影响了它们的密度和冰点。美国科罗拉多大学大气与海洋学系的John J. Cassano提到,人们需要知道哪些因素控制着南极海冰的季节性,分布和体积。

  了解冰川的方式,地点和原因。南极冰盖蕴藏着约2650万立方米的冰块,如果融化,足以将全球海平面升高60米。经过数千年的稳定后,南极海冰正在加速。海冰融化的影响是什么?然而,厚厚的冰层下的水体却几乎没有取样,对冰流的影响也不清楚。

  揭示南极的历史。从大陆边缘收集的岩石记录显示,南极与温暖的世界有明显的区别。然而,从大陆的核心和海洋周围采集的岩石样品更少。 Chown指出,对南极地壳和地幔结构以及它们如何影响这一超大陆的创造和解体知之甚少。我们需要更多的冰,岩石和沉积物来确定我们是否注定要重复过去的气候条件。

  了解南极生命的演变与延续。长期以来,南极生态系统被认为是年轻的,简单的,单一的物种和孤立的。但是在过去的十年里,一个完全不同的场景展现在人们面前。一些分类群,如海洋蠕虫和甲壳类动物,其种类高度多样,与大陆物种,邻近岛屿和深海物种的联系更为密切。

  观测空间和宇宙。干燥,寒冷而稳定的南极大气为观测宇宙创造了最佳条件。南极冰湖可以模拟木星和土星冷卫星的情况,从大陆收集的陨石揭示了太阳系信息的形成。

  识别并减少人为影响。南极大陆的有效管理需要预测人类的活动和影响。必须消除国家和人类的影响。当前的政策是如何有效地控制访问?人类和病原体如何影响和适应这里的环境?

  环境挑战

  新西兰坎特伯雷大学的Daniela Liggett指出,需要持续稳定的资金来回答这些问题;一年内进入南极洲所有地区;新兴技术的使用;加强该地区的保护;加强国际合作,加强各利益集团之间的沟通。南极项目极易受到金融不确定性和中断的影响。

  去年,美国南极项目由于政府关闭而遭受延误,取消或减少规模,经济下滑,燃料价格高涨以及对搜救任务的重视也对南极考察造成影响,资金不足长达数十年的项目难以维持。

  项目延误和错过季节留下了缺口:一年的数据缺失对冰架研究和生物多样性监测有着巨大的影响。面对这些不确定性和障碍,一些南极研究人员最终选择离开这个领域。新一代研究人员的招聘和更新也受到威胁。

  在这个大陆只有有限的几个地方可以用于科学研究。大部分地区和南部海洋还没有发展起来,每年只有几个月的时间适合远征。 Liggett说,研究人员需要开发自行驾驶的车辆和观察平台,以到达难以触及的区域,例如深处的货架。小型传感器需要能够年复一年地收集和传输数据。

  另外,研究人员指出,南极研究的拓展还需要依靠卫星传感器和飞机地球物理调查。先进的生物地球化学和生物传感器将对建立区域模型非常重要。处理大量基因组和生物多样性信息的数据库也很重要。未来的数据库需要长距离的高速,高速通信。澳大利亚南极气候与生态系统研究中心Rob Massom。

  南极被视为国家利益的一个领域。近十年来,比利时,中国,捷克,印度和韩国相继建立了新的研究站。德国,英国和美国等国家也开始取代旧设备。但是很多国家的科学还是不能进入这个神秘的大陆。

  一起工作

  英国南极考察队的劳埃德·佩克(Lloyd S. Peck)指出,各方的共同目标是以最小的人类足迹实现科学的回报最大化。协调国际努力吸引不同的利益相关者是非常重要的。

  南极科学考察队是一个“自然”的时代,正是南极科学考察队的合作精神,像“南极条约”的创始人所认为的那样:更广泛的国际合作,更协调的科学和公共财政,更广泛的知识共享英国剑桥大学William J. Sutherland作为一个跨学科的科学界,SCAR将帮助和鼓励研究合作,为合作项目提供建议,同时促进知识共享,向决策者和公众推广南极研究思路。

  目前,致力于该地区管理的“南极条约”体系正受到环境压力和经济利益的考验。海洋保护区的建立,国际旅游监管,环境破坏评估和生物勘探调整等问题都难以应对。提出一个南极环境管理总体战略迫在眉睫。

  萨瑟兰及其同事在文章中提到:我们希望“南极条约”和环境保护委员会能够在决策中扩大科学依据的使用,以开发和使用最先进的保护措施来判断具体成果。

  此外,向公众传播南极洲的全球价值也应该是一个优先事项,叙述必须更好地解释该地区如何影响人们的日常生活以及如何受到影响。臭氧空洞恢复等成功案例也可以激发人们改变对南极洲行为的信心。

  南极科学具有全球性的重要性。南极集团需要采取协调一致的行动来解决更为紧迫的问题。 (张章)

  “中国科学”(2014-08-14第3版国际)