我已去過(guò)南極14次，為何還要有這第15次？ 我還要去第16次嗎，去挑戰(zhàn)南極冬季的海洋和海冰？

【編者的話】

當(dāng)我們談?wù)摌O地時(shí)，我們?cè)谡務(wù)撌裁矗?/p>

中國(guó)第41次南極考察羅斯海聯(lián)合航次凱旋，已有一個(gè)多月的光景，然而，很多科考隊(duì)員的心依然留在那片充滿未知的冰海。南極，真正意義上的地球盡頭，因其獨(dú)特的地理位置、資源稟賦和科學(xué)意義，是無(wú)數(shù)人心中的“圣地”。為了避開(kāi)最堅(jiān)硬、最厚重、最復(fù)雜的海冰，秋冬兩季幾乎成了南極考察的“禁區(qū)”。真的勇士，敢于直面南北兩極的秋冬歲月，敢于正視風(fēng)險(xiǎn)重重的破冰之旅。

當(dāng)我們不辭辛勞地跨越山海，不畏艱險(xiǎn)地探索兩極，我們其實(shí)最想獲得哪些答案？

在這次難度和風(fēng)險(xiǎn)buff拉滿的聯(lián)合航次中，有一位“南極?？汀碧貏e有發(fā)言權(quán)，他是此航的主要發(fā)起人之一，就是本文作者上海交通大學(xué)海洋學(xué)院院長(zhǎng)周朦教授。

（話題主持：新民晚報(bào)記者 董純蕾）

決定去南極，腦海中總會(huì)浮現(xiàn)冰峰、冰川、冰山和無(wú)邊海冰的景象，以及在寒冷、大風(fēng)、濕冷長(zhǎng)夜中下放儀器和生物網(wǎng)作業(yè)的場(chǎng)景。我已去過(guò)南極14次，為何還要有這第15次？

初遇南極

難忘“帕爾默號(hào)”

1992年7—8月，我第一次踏上南極之旅，搭乘的是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的美國(guó)“帕爾默號(hào)”科考破冰船的處女航次。正值深冬，南極的冰山和海冰之美讓我震撼不已。然而，科考破冰船作業(yè)時(shí)始終未能穿越南極圈，只能在無(wú)冰海區(qū)或松散海冰區(qū)活動(dòng)。直到作業(yè)結(jié)束，方在探索階段穿越了南極圈，抵達(dá)100%海冰區(qū)邊緣。盡管“帕爾默號(hào)”的破冰能力已達(dá)1米，但面對(duì)0.7米厚的海冰，它開(kāi)動(dòng)4臺(tái)主機(jī)，反復(fù)沖擊海冰以前行，結(jié)果破了一天冰也沒(méi)能前進(jìn)幾海里，最終只能放棄。不過(guò)，我還是從船長(zhǎng)那里拿到了跨越南極圈的證明。

此后，我又分別在11—12月、1—2月、4—5月、6—7月去過(guò)南極，經(jīng)歷大同小異，既有被南極美景震撼到屏住呼吸的時(shí)刻，也有遇到海冰只能無(wú)奈繞行的情況。記得有一次在6—7月，我們想前往韋德海調(diào)查陸坡流，從南極半島北端至茹安維爾島之間的南極海峽出發(fā)。當(dāng)時(shí)“帕爾默號(hào)”的船長(zhǎng)身材較矮，為了看到海冰，他需坐在高凳上，可這樣一來(lái)，他的手臂不夠長(zhǎng)，就夠不到駕駛舵盤，于是他請(qǐng)我掌舵盤，整整掌了4個(gè)小時(shí)。8000多噸的巨大破冰船，在海冰上像玩具一樣被擠得左右滑動(dòng)，我緊張得出了一身大汗。傍晚，船長(zhǎng)找到我，說(shuō)我們被冰脊和冰山三面包圍了，再不撤離就可能面臨當(dāng)年歐內(nèi)斯特?沙克爾頓船長(zhǎng)的“堅(jiān)韌號(hào)”那樣凍在冰里的處境，于是我們立刻轉(zhuǎn)向，“逃”出了韋德海。

最后一次登上“帕爾默號(hào)”科考破冰船，是2014年11—12月，我們準(zhǔn)備去南極半島的瑪格麗特灣。出發(fā)前查了冰情，得知有不少松散海冰，便決定前往。我們一開(kāi)始以10節(jié)的速度南下，開(kāi)了一天還沒(méi)到灣口，松散的海冰在大風(fēng)驅(qū)動(dòng)下已堆積成100%實(shí)海冰，船長(zhǎng)笑問(wèn)是否準(zhǔn)備在這過(guò)年。即刻掉頭，我們用了整整3天時(shí)間才成功撤出。南極海冰冰況瞬時(shí)即變，給船只和人員帶來(lái)了極大風(fēng)險(xiǎn)。

“雪龍2”號(hào)科考破冰船

信心滿滿

“雪龍2”號(hào)出發(fā)

今年，我充滿信心地踏上了新的南極科考之旅。我們乘坐的“雪龍2”號(hào)是我國(guó)自主建造的約1.4萬(wàn)噸、破冰能力達(dá)1.5米且能雙向破冰的科考破冰船。第15次南極之旅，選擇了一般極地科考避之不及的秋季。

長(zhǎng)期以來(lái)，南極的科考主要集中在夏季，這是一年之中海冰挑戰(zhàn)最小的時(shí)段。然而，站在物理—生物的綜合過(guò)程研究角度，夏季并不是最好的考察時(shí)間。秋季形成海冰時(shí)導(dǎo)致的深對(duì)流，是物理過(guò)程；生物量的春夏季節(jié)的積累和生物秋季垂直向深海遷移的習(xí)性，是生物過(guò)程。這些都是讓科學(xué)家躍躍欲試的研究對(duì)象。

對(duì)南極生態(tài)系統(tǒng)而言，秋季是重要的轉(zhuǎn)折期，從表層高生物量到幾乎空曠的生物死區(qū)，這一變化過(guò)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性和碳通量機(jī)制具有重要意義。所以，我們決定秋季到南極去科考，真正揭開(kāi)在這種極端環(huán)境中的生物生存之謎。

經(jīng)過(guò)夏季的融化，南極海冰在3—4月進(jìn)入秋天，又開(kāi)始結(jié)冰。此時(shí)，冰的厚度還處于積累期，不會(huì)超過(guò)1米，所以，冰厚并非我們最大的敵人，南極極冷的下降風(fēng)才是。在這個(gè)季節(jié)，南極冰蓋高原上的空氣變得又冷又重，沿著山坡下降時(shí)會(huì)形成近-30℃、風(fēng)力達(dá)10級(jí)的極強(qiáng)下降風(fēng)。預(yù)估到可能面臨這樣那樣的挑戰(zhàn)，我們做了種種有關(guān)海冰和極寒的預(yù)案。

“全副武裝”的甲板作業(yè)

捕魚(yú)捕蝦

挑戰(zhàn)大成果也豐

3月28日，到達(dá)羅斯海陸坡外100%海冰覆蓋的“開(kāi)闊”海域。氣溫降至-26℃，在8級(jí)大風(fēng)下，體感溫度更是低至-50℃，在后甲板作業(yè)難度極大。大家穿著保暖內(nèi)衣內(nèi)褲、雪地標(biāo)配的企鵝服（鴨絨內(nèi)膽和橘黃色防風(fēng)沖鋒衣）、保暖工作鞋加2雙厚襪子、雷鋒式雪地帽和滑雪暖手套。穿上這些裝備需要10分鐘，人已滿頭大汗，但到后甲板站上5分鐘就會(huì)被凍透。作業(yè)內(nèi)容看起來(lái)很有意思：捕魚(yú)捕蝦。在高寒高緯度的羅斯海，這委實(shí)是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。

研究磷蝦和仔魚(yú)需要拖網(wǎng)，理論上是利用船在慢速向前開(kāi)時(shí)，在船艉后留下的無(wú)冰帶讓網(wǎng)自由進(jìn)出水面，不受海冰影響。但當(dāng)我們來(lái)到船艉時(shí)，看到的卻是正中一條源源不斷的碎冰帶，大家都有點(diǎn)納悶。船長(zhǎng)解釋說(shuō)，“雪龍2”號(hào)船雙向破冰，所以船艉和船頭一樣尖，與傳統(tǒng)平底船艉不同。碎海冰在船艉2個(gè)推進(jìn)器造成的水壓下從兩側(cè)進(jìn)入船艉中部，形成了碎冰帶。作業(yè)時(shí)船長(zhǎng)親自上陣，不斷調(diào)整船速和推進(jìn)器方向，才在瞬息即逝的無(wú)冰時(shí)刻將磷蝦網(wǎng)安全放入海水中并成功收回。

但仔魚(yú)網(wǎng)就沒(méi)這么幸運(yùn)了，回收時(shí)海冰被大風(fēng)驅(qū)動(dòng)，“雪龍2”號(hào)破出的水道離開(kāi)船艉不遠(yuǎn)就合攏了，拖曳漁網(wǎng)的鋼纜掛上了50—100米遠(yuǎn)的海冰，海冰堅(jiān)硬到能掛住1噸重的漁網(wǎng)而不破碎。幸在船長(zhǎng)的冷靜指揮下，“雪龍2”號(hào)雙向破冰的能力此時(shí)也派上了大用場(chǎng)：船退至漁網(wǎng)掛住的海冰處，利用其強(qiáng)大的可轉(zhuǎn)向推進(jìn)器在船艉后吹出開(kāi)闊水塘，最終解放了漁網(wǎng)。但漁網(wǎng)里已進(jìn)入了2—3立方米的海冰，網(wǎng)衣也被撕裂。

能否捕到磷蝦是其中最大的挑戰(zhàn)，南極海洋并非到處都是磷蝦，特別是夏季航次常常捕不到。很多極地生物學(xué)家認(rèn)為，羅斯海內(nèi)應(yīng)該只有晶磷蝦，沒(méi)有南極大磷蝦。在拖網(wǎng)前，我們經(jīng)歷了多天痛苦商討，甚至考慮過(guò)，如果捕不到南極大磷蝦或只捕到5尾磷蝦該如何分配。第一個(gè)磷蝦網(wǎng)上來(lái)時(shí)，海水在空氣中瞬時(shí)結(jié)冰，看到網(wǎng)囊中都是冰碴，難免有些失望。這些冰碴在實(shí)驗(yàn)室融化后，才知道，我們捕到了近200尾磷蝦，驚喜！第二次磷蝦網(wǎng)取樣，更是捕獲了上萬(wàn)尾南極大磷蝦，科考隊(duì)沸騰了！在羅斯海取到的磷蝦和銀魚(yú)仔魚(yú)樣品，是這個(gè)航次的重要成果之一。用學(xué)術(shù)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，這是物理—生物綜合過(guò)程導(dǎo)致的生物在全水深的分布。南極大磷蝦季節(jié)性遷移的規(guī)律清晰可見(jiàn)：春夏季主要分布在陸坡外開(kāi)闊海洋，秋季向近海遷移進(jìn)入羅斯海。

挑戰(zhàn)常識(shí)

解決難題大闖關(guān)

挑戰(zhàn)接二連三。第二天，我們下放、回收采水器后，24個(gè)水平瓶沒(méi)有一個(gè)瓶蓋是關(guān)上的，徹底失敗。經(jīng)過(guò)排查，很快發(fā)現(xiàn)是采水器上的釋放開(kāi)關(guān)被冰凍住了。這成了一個(gè)常識(shí)考驗(yàn)。因?yàn)樵谕斗艜r(shí)，采水器要在-20℃的空氣中停留5—10分鐘，采水器上的水即刻成冰，進(jìn)入海水后，水溫在海水冰點(diǎn)（約-1.9℃），冰不會(huì)融化，就凍住了釋放開(kāi)關(guān)。于是全船動(dòng)員，用高壓氣體吹干采水器，女生貢獻(xiàn)了吹風(fēng)機(jī)給采水器加溫，也有用暖寶寶貼在釋放器上的。最后，利用月池間的加熱器，用1/3米直徑的塑料軟管和抽風(fēng)機(jī)將暖氣引至采水器，“集中供暖”。

解決了采水器釋放開(kāi)關(guān)的問(wèn)題，又遇到了水在水瓶里結(jié)冰的情況，這又是一個(gè)常識(shí)考驗(yàn)。海水在冰點(diǎn)，采水器進(jìn)入-20℃的空氣中5—10分鐘內(nèi)，海水失去潛熱導(dǎo)致取樣水瓶中的海水結(jié)冰。同樣的結(jié)冰過(guò)程也發(fā)生在外籍教授Smith的結(jié)冰—冰藻實(shí)驗(yàn)中，他設(shè)計(jì)了一個(gè)3米高的桶灌滿海水研究結(jié)冰時(shí)海藻是否向冰里富集。當(dāng)灌滿已在冰點(diǎn)的海水，在室外-20℃的大氣中，結(jié)冰迅速開(kāi)始，速度之快讓他來(lái)不及取樣，海水都成了冰塊。

新的發(fā)現(xiàn)

破冰沒(méi)有終點(diǎn)

這一路故事很多，也有很多新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。在羅斯海，我們發(fā)現(xiàn)了很多南極銀魚(yú)的仔魚(yú)，其生物量與南極大磷蝦可以相提并論。但大磷蝦從卵長(zhǎng)到4—5厘米需要3—4年，而銀魚(yú)仔魚(yú)從卵長(zhǎng)到4—5厘米僅需3—4個(gè)月。我們還發(fā)現(xiàn)很多中型浮游動(dòng)物，它們分布在整個(gè)超過(guò)1000米的水層。在春夏時(shí)，表層初級(jí)生產(chǎn)力豐富，中型浮游動(dòng)物聚集在表層200米；進(jìn)入秋天，初級(jí)生產(chǎn)力趨于零，中型浮游動(dòng)物向深水遷移，這造成了具有重大意義的垂直生物碳通量。

航次中最值得自豪的是我國(guó)“雪龍2”號(hào)科考船的能力，在0.7米100%堆積的海冰中，只需4臺(tái)發(fā)電機(jī)中的1臺(tái)工作就能輕松前行，而其他國(guó)家的科考破冰船需要反復(fù)沖擊海冰才能緩慢前行。

頗為遺憾的是“雪龍2”號(hào)與世界上其他科考船一樣，雖然具備在大風(fēng)大浪中航行和生存的能力，但不具備科考作業(yè)能力。航次的科學(xué)問(wèn)題之一是研究下降風(fēng)發(fā)生時(shí)海冰形成和深垂直對(duì)流過(guò)程，但我們無(wú)法在冰間湖的開(kāi)闊海域、10 級(jí)大風(fēng)中作業(yè)。在最近的海洋科考船和裝備研討會(huì)議上，我們提出，早期科考船設(shè)計(jì)參考軍船、貨船、漁船，設(shè)計(jì)理念局限于近海低海況作業(yè)，追求甲板干燥、人員安全，儀器設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)陋，對(duì)船只穩(wěn)定性和收放設(shè)備要求較低。但隨著國(guó)內(nèi)外科考逐步從近海邁向深海、兩極，研究范疇拓展至基礎(chǔ)科學(xué)、資源開(kāi)發(fā)和氣候變化等復(fù)雜領(lǐng)域，科研人員發(fā)現(xiàn)不同海況下的海洋狀態(tài)參數(shù)、海氣通量及生物習(xí)性存在巨大差異，使得海洋科考逐步向全天候轉(zhuǎn)變，急需在高海況下收放儀器設(shè)備、開(kāi)展科研的能力，這將對(duì)科考船及其設(shè)備提出新的要求。

這個(gè)秋季航次，我們揭示了羅斯海冰間湖秋季的結(jié)冰和對(duì)流過(guò)程、南極大磷蝦和銀魚(yú)仔魚(yú)的分布以及浮游生物的垂直前沿。羅斯海進(jìn)入秋季，春夏季積累的生物量?jī)?chǔ)存在中型浮游生物中。在3—11月的漫長(zhǎng)秋冬季中，多少生物將死亡？過(guò)去的研究估計(jì)99%的生物將死去，而人類對(duì)極地秋冬季的生物存亡過(guò)程仍是認(rèn)知盲區(qū)。我還要去第16次嗎，去挑戰(zhàn)南極冬季的海洋和海冰？

中國(guó)第41次南極考察羅斯海聯(lián)合航次

更多內(nèi)容詳見(jiàn)7月2日新民晚報(bào)第9版“科技前沿”

本文作者：上海交通大學(xué)海洋學(xué)院院長(zhǎng)、教授

欄目編輯：郜陽(yáng)

文字編輯：董純蕾

圖片來(lái)源：作者供圖