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冰下湖

冰下湖

冰下湖（subglacial lakes），在冰川底部的凹地中积水或冰下河道阻塞形成的湖泊。冰下湖主要分布在南极和格陵兰冰盖、加拿大北极地区和冰岛区域的冰帽。

冰下湖存在于冰与岩界面之间。因重力作用，冰川底部压强较大，冰的融点较低，因此冰川底面可发生融化。同时，冰面融水和冰内融水也可通过冰井、冰裂等进入冰下。融水在汇流的过程中，可能在冰蚀凹地、冰下河道等地聚集或被阻塞，形成冰下湖。南极冰下湖一般位于冰盖内部的冰下盆地和冰下山脉两侧以及冰流增强区域。

冰下湖是地球上最极端的环境之一，其中代表性的湖泊是位于南极的沃斯托湖（Vostok）湖、惠兰斯湖（Whilans）湖和埃尔斯沃思湖（EIlsworth）湖。截至2022年，全球已发现的冰下湖总数达到773个，其中675个位于南极洲。2024年，中国科学家在东南极冰盖下新发现了46个冰下湖。

起源

科学界推测冰下湖有五种起源：第一，来自冰盖形成前的内陆构造湖或与海水相连的、被冰盖封存起来的水体；第二、由冰盖底部局部区域因地热异常而融化形成的液态水汇聚而成，此类情形在南极的冰下湖中可能占绝大多数；第三，巨大冰层产生的压力和基岩地热叠加，使冰层底部因越过压力融点而生成融水并汇聚而成；第四，冰下火山喷发导致冰体融化而成；第五，冰盖底部的放射性热岩持续释放热量，导致冰融并聚水而成。

分类

科学界根据对地球物理图像（包括但不限于地形、冰下湖泊的地理特征）的解读，将南极冰下湖的分类分为三类：一是位于冰盖内部的冰下盆地内的湖泊；二是“栖息”在冰下山脉两侧的湖泊；三是位于冰流增强区域的湖泊。

特征

冰下湖存在于冰与岩界面之间。因重力作用，冰川底部压强较大，冰的融点较低，因此冰川底面可发生融化。同时，冰面融水和冰内融水也可通过冰井、冰裂等进入冰下。融水在汇流的过程中，可能在冰蚀凹地、冰下河道等地聚集或被阻塞，形成冰下湖。

经中国极地研究中心的编目评估，将冰下湖的分布特征归纳为六类：第一，湖的大小不等，既有超过200千米长、1千米深的湖，也有非常小、甚至深度小于1米的湖。第二，湖的位置分布广泛，既有位于冰盖中心的，也有的位于冰盖边缘。第三，湖的水文特征差异大，既有封闭隔绝了几千万年、聚集了古老水体的湖，也有通过冰下水道已排空水体、寿命很短的湖。第四，湖的地质学特征不一，既有位于冰下山脉山谷间的，也有位于冰下平坦基岩之上的。第五，湖的动力学特征各异，既有分布在缓慢流动的冰流下方的，也有位于快速冰流区的。第六，湖上覆冰层厚度不均，既有位于冰下3000米深度以上的，也有在冰盖边缘冰层很薄处之下的。

冰下湖生态系统具有高压、低温、永久黑暗、低营养和低氧等特点，但仍存在着微生物活性。冰下湖微生物的主要营养方式是化能自养，从湖水矿物质中获取营养物质，还原铁、硫和氮化合物作为能源，是冰下湖生态系统的初级生产者。

发现

在19世纪，俄国地理学家彼得·克鲁泡特金曾预言：在巨大冰体的压力下，冰盖内部的温度可能达到融点并导致冰融化，由此聚集的融水会形成冰下湖泊。1950一1960年，地理学家安德烈·卡皮查使用地震波测量了南极冰盖的厚度，结果发现在苏联东方站的冰盖下方存在着一个巨大的湖泊——东方湖，由此证实了克鲁泡特金的预言。该发现被认为是20世纪最伟大的地理发现之一。1973年，英国科学家通过空中探测发现，在南极沃斯托克科考站以北的冰层下可能存在一个巨大的液态淡水湖，其顶部覆盖着厚厚的冰层，湖水寒冷，水压超大，并处于完全的黑暗中，是地球上罕见的极端环境。1991年，英国科学家利用ERS-1号卫星对南极冰盖中心进行探测，证实了1973年的发现。1996年，俄罗斯科学家和英国科学家利用卫星发回的图像勾勒出沃斯托克湖的轮廓，最终确定了沃斯托克湖的存在。这是地球历史上最近的重大地理发现之一。

2007年，美国斯克利普斯海洋研究所的海伦·阿曼达·弗里克(Helen Amanda Fricker)从卫星数据上第一次发现了冰下湖惠兰斯湖。2024年，中国科学家利用一种新的分析方法，在东南极冰盖下新发现了46个冰下湖。

分布

冰下湖主要分布在南极和格陵兰冰盖、加拿大北极地区和冰岛区域的冰帽。

价值意义

南极冰包含丰富的冰盖历史和气候变化信息。越过接地线、进入冰架下空腔的湖水，还可能改变冰架—海洋相互作用，进而引发海洋环流变异。因此，开展南极冰下湖研究对于冰盖动力学、沉积过程和冰下地球化学环境以及生命演化等都具有重要意义。冰下湖生境特殊，沃斯托克冰下湖封闭时间约在1万至5万年之间，可能存在其他地方已经灭绝的遗迹种群，并存在多种特殊的功能类群，为研究生命演化提供了模式场所。沃斯托克冰下湖环境和木卫二（Europa）很相似，沃斯托克湖中已发现的微生物类群可为研究木卫二是否存在生命现象提供线索。