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南极冰盖

南极冰盖

南极冰盖（Antarctic Ice Sheet），是地球的两大冰盖之一，覆盖在南极大陆上。冰盖绝大部分位于南极圈内，直径约4500千米，面积约1340万平方千米，约占南极大陆面积的98%，被分为东南极冰盖、西南极冰盖、南极半岛三个部分。其最大厚度4776米，平均厚度约为2450米，总体积2867.2万立方千米。

南极冰盖属于典型的极地大陆性冷冰川，作为地球上最大的固体水库，占世界陆地冰量的90%，淡水总量的70%，对全球气候变化、海面升降和人类活动有重大影响。受重力推动作用，冰盖缓慢地移向海岸，约占总面积10%的前缘冰体被推至海洋，形成漂浮的冰架，冰架断裂后形成冰山。而由于全球气候变暖，这些冰架、冰山崩解正处于消融——若《巴黎协定》目标未能达成，东南极冰盖会因气候变化影响而加快融化，到2500年可能导致海平面上升约2~5米。如果整个南极冰盖融化，海平面将上升58米。

位置境域

南极洲冰盖位于南极大陆，横贯南极的山脉将南极大陆分为东西两部分，将南极冰盖分为东南极冰盖和西南极冰盖。

西南极冰盖以不规则的基岩和冰面地形以及大量的冰槽和深槽为特征。西南极冰盖表面起伏较大，底部位于海中，对气候变化比较敏感，正在快速消融。由于南极冰盖的巨大重量，南极大陆东部在海平面以下约2.5千米的位置。东南极冰盖比西南极冰盖大10倍，覆盖在陆地上，形成一个穹状的高原。科学界普遍认为它比较稳定，但近几十年来，东南极冰盖的部分区域已经逐渐消融，促使学者重新评估其对气候变化的敏感性。

成因

南极冰盖的形成可以追溯到距今3400万年前，彼时全球气候正面临剧变，标志着始新世的结束和渐新世的开始。南极洲冰盖形成的可能机制包括两个外部因素：一是大陆漂移使得南极大陆与南美大陆分离，形成了德雷克海峡，导致环南极流形成，从而阻碍了低纬向南半球高纬的热量传输，导致南极变冷，最终形成冰盖。二是地球大气中的二氧化碳浓度下降趋势不断增强，进一步加剧了南极大陆降温，冰盖范围不断扩大。

南极冰盖形成后经历了数次扩张与缩退。在距今大约1400万年前，南极迅速降温，被厚度惊人的冰雪覆盖，终年不化的积雪逐渐堆积成极厚的冰层，形成现今规模巨大的南极冰盖。在1.8万-1.4万年前的末次冰消期，南极冰盖曾存在几次快速的退缩过程。学者推测可能与冰下融水排放导致的冰盖失稳有关。随着压力增加和温度升高，冰盖深部的固态冰会逐渐转化为液态融水，形成许多大小不一的冰下湖泊。当大陆冰盖不稳定时，冰下湖泊储存的冰川融水流动性增强，存在大量排放的可能性，这也会反过来影响冰盖的稳定性，导致冰架崩塌速度加快。

1983年在比尔德莫尔冰川地区发现了新生代海洋硅藻，一般认为这种生物存在于上新世时期(约530万~260万年前)，这一发现打消了人们对南极洲冰层自形成以来一直持续存在的普遍看法。据研究，这些硅藻是从东南极大陆盆地的年轻沉积层中冲刷出来的，并与穿越横贯南极山脉的冰川沉积物结合在一起。如果是这样，那么在大约300万年前，当硅藻床沉积在海洋航道上时，南极大陆可能是无冰或几乎无冰的，南极冰盖可能经历了类似于北半球间冰期后期发生的冰川消融。

地理特征

气候

南极冰盖地处南极，南极气候独特，雪面海拔2800米，年平均气温约为-50°C，冬季（最冷月为7月）沿海地区平均温度为-30~-20℃，内陆为-70~-40℃；夏季（最暖月为1月）沿海地区平均为0℃，内陆平均为-40~-20℃，为世界上最寒冷、风暴最多的大陆。南极半岛是全球变暖最快的地区之一，在过去50年里升温近3℃。自上世纪中叶起，西南极部分气温就开始呈现快速增温趋势，与常年（1991−2020年平均值）相比，2022年东南极、南极半岛及其周边海域出现较强暖异常。

地形地貌

横贯南极山脉把南极大陆分为东南极洲和西南极洲两部分。该山脉从南太平洋岸边开始沿着罗斯海岸透迤向南，横穿南极大陆，直达大西洋的菲尔希纳冰架东侧，全长3000多千米，有许多海拔3000~4000米的高大山峰。2016年，中国第32次南极科考队对南极大陆伊丽莎白公主地区域进行了大规模调查，首次实地探明南极冰盖底部存在地球表面最大的峡谷。南极内陆冰盖海拔最高的区域冰帽A地区的冰层厚度在1649米-3135米之间，冰下的甘布尔采夫山脉最高山峰海拔可达2434米。在地球漫长的气候演化历史进程中，甘布尔采夫山脉被厚厚的冰层保护起来，没有受到风化侵蚀作用，完好地保存着不同地质年代的神奇地貌。南极冰盖使南极大陆的基岩几乎完全埋在冰下，只有在南极大陆边缘区域有季节性的岩石出露。山脉和孤立的nunataks（源于格陵兰岛的因纽特语，用来指被冰包围的单个山脉）被冰掩埋了大半部分，露岩只占0.4%。

水文

冰帽A地区下的冰下格里高里·甘布尔采夫山脉曾经存在发育完善的河流水系，约在距今3400万年前开始出现冰川，伴随地球轨道周期变化气候变冷，冰川覆盖区域渐次扩张。据统计，科学家目前在南极冰盖下方共发现675个冰下湖，其中有3个冰下湖被成功钻探取样。南极冰下湖通常位于数千米厚的冰层之下，具有高压、低温、黑暗、寡营养等极端环境特征，具有极其独特的生态系统，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。

南极冰盖底部最大的融水流域在伊丽莎白公主地区孕育而成。探测发现，该地区冰盖底部藏有众多冰下湖泊和冰下水道，且相互贯通连接。其中一个冰下湖泊的宽度达到26.5千米，另一个冰下湖泊形成于冰层厚度超过4000米的地方。

冰盖消融与保护

冰盖消融

南极环流减弱

南极区域的表层海水由于密度较大而下沉，驱动形成南极深海环流，它是全球海洋系统重要的热量、氧气、碳和营养物质交换通道。每年有数万亿吨冰冷、高盐、富氧的海水在南极洲周围下沉，向北输送深水流到印度洋、太平洋和大西洋。然而，若无节制的碳排放持续，大量冰盖融化产生的淡水使南极表层海水密度和盐度降低，下沉变慢，从而减缓了深水循环，导致深海洋流放缓，加剧南极和格陵兰冰盖的融化，对气候、海平面和海洋生态系统造成影响。

冰架消融

南极冰盖消融的主要表现有两个。其一是南极冰盖周边有大型的冰架漂浮在海面，冰盖上的冰通过冰架汇到海洋里。南极冰盖每年都会有冰架崩解，由于全球气候变化，包括全球大气变暖、海洋变暖等原因，这些冰架崩解的频率越来越快，周期越来越短，面积和范围越来越大。还有一大表现就是冰架底部的融化。对于南极冰盖来说，底部的暖水侵入导致冰架底部的消融是物质损失最主要的原因，这部分占了整体融化的67%。

南极冰盖的融化现象主要出现在南半球夏季（12月至次年2月），随着气候变暖，南极洲西部的冰层正以惊人的速度融化，与完全覆盖在陆地上的东南极冰盖相比，西南极冰盖有一部分位于海中，对气候变化更为敏感，一些学者认为它会在不久的将来彻底消融。然而实际上，南极东部冰盖的状况也不容乐观，偏西风将温暖的海水吹向了东南极冰盖，使该地区冰层在近几十年中急速变薄，过去10年间的观测数据显示，南极东部冰盖日益受到温暖海水的严重威胁。

海平面上升

南极冰盖的消融正引起各界关注。1999—2019年南极洲冰盖表面融化面积达263.4万平方千米，约占南极总面积的19%。卫星数据显示，2012年前，南极冰盖以每年760亿吨的速度减少。此后融化速度急剧增加，从2012年到2017年，南极大陆每年失去2190亿吨冰，相当于每年海平面上升0.6毫米。

生物多样性威胁

南极冰盖的融化对以冰作为栖息地的生物种群受到的影响最为直接。这些变化可能会影响南极洲生态系统的各个层面。其次，南极冰架和海冰是许多海洋生物的栖息地和食物源，包括浮游生物、鱼类、鸟类和海豹等。海冰融化可能导致这些物种的栖息地缩小，对南极生态系统的稳定性和生物多样性构成潜在威胁。根据联合国的数据，海冰在下个世纪可能会减少25%。这可能导致南极洲海洋食物网的基础——磷虾的减少。从甲壳亚门到企鹅，将面临更激烈的竞争，争夺更少的食物资源。

预测

在人为温室气体排放引起的全球变暖背景下，南极冰盖将在未来发生怎样的变化、对全球海平面上升的影响如何，目前仍存在很大的不确定性，对预估未来海平面上升和沿海地区制定相关应对政策带来极大的挑战。

如果温室气体排放继续不减少，到2100年，南极大陆有可能使海平面上升1米以上，到2500年可能使海平面上升15米以上。在未经校正的气候模型工业革命前气候场的驱动下，冰盖模式模拟的南极冰盖准平衡态之间差异巨大，在一些气候模式的暖偏差下西南极冰盖可部分或全部瓦解。

准确预估全球气候变暖下冰盖的质量损失和相应的海平面上升具有重要的科学和社会和经济意义，而目前冰盖数值模式的改进和复杂化还不足以实现这一目标，亟需改进气候模式在极区的模拟效果，厘清目前理解尚不充分的云反馈和海洋经向热量输送等对气候敏感度有重要影响的机制。

冰盖保护

1959年，《南极条约》的签署标志着南极开始了和平利用、科学研究的新时代。1964年，签署《南极条约》的各方达成共识，建立了一系列保护南极环境的规则，规范人类活动。1972年，签署《南极条约》的各方就管理海豹捕猎活动达成共识，致力于保护海豹。1991年，各国又签订了《马德里协定》（Madrid Protocol），促进了《南极条约》体系的完善。《马德里协定》建立起南极洲环境保护的协商机制，将环境影响评估放在南极环境管理的核心位置。

直至今日，部分国家与联合国组织仍在继续完善对南极的保护。2018年2月，原中国国家海洋局发布《南极活动环境保护管理规定》，对考察、旅游、探险、渔业、交通等南极活动作出明确的规定。2023年，南极海冰过程和气候专家组（ASPeCt）及气候与冰冻圈北冰洋冰工作组（CASIWG）年会恰逢芬兰在赫尔辛基主办南极条约协商会议，与会的世界气象组织秘书长塔拉斯强调了南极在全球气候系统中的核心作用，以及减少温室气体排放的重要性。此外，会议还发布了有关南极洲气候变化问题的《赫尔辛基宣言》，其中着重指出气候变化对全球产生的影响，以及采取紧急行动来保护南极洲的必要性。

科考与研究

科学考察

南极大陆全洲没有人类定居，只有科学考察人员和捕捞船队在此活动。南极冰盖封存了地球上许多重大事件，冰中的记录丰富详细，独特地保存了大气的成分，是全球气候变化研究的基础，对全球气候的调节起到至关重要的作用，也为诸多领域的科学研究提供重要资源。自20世纪70年代以来，在南极大陆附近的钻探工作已经揭示了南极冰川的总体新生代演化。随着对南极冰盖冰下科学的好奇心增大，国际科学界采取了联合攻关、探测和取样等方法，防止冰下水环境遭遇污染的风险。

作为全球最缺乏现场观测资料的地区之一，南极冰盖的相关观测数据十分稀少。从1957—1958国际地球物理年（IPY）至今，在整个南极大陆仅有19个人工气象站点具有时间序列长且连续的风速和风向等数据，而且大部分站点分布于冰盖边缘地区，只有 2 个站位于南极大陆内部。

气象站( Automatic Weather Station，简称 AWS) 可以实现在偏远地区和气候恶劣地区的长期无人检测，在过去20年间，超过100个AWS安装在南极大陆不同地区，用于补充观测南极大陆不同区域气候变化，其中绝大多数位于东南极冰盖。

1984年11月20日，中国首次南极洲考察队的591名队员乘坐“向阳红10号”船和“J121号”船从上海出发，开始远征南极。1989年，中山站在位于东南极大陆的拉斯曼丘陵建成，成为观测研究南极冰盖、冰架、高空大气物理、南极大陆地质、南冰洋的理想之地。1999年，中国第十五次南极考察队第三次内陆冰盖考察队抵达南极内陆冰盖最高点冰帽A，2008年中国南极内陆冰盖昆仑山脉科考队顺利登上冰穹A，并于2009年在冰穹A建成第一个内陆科学考察基地——昆仑站。2014年，在位于东南极冰盖的伊丽莎白公主地区建成中国南极泰山站，是中山站和昆仑站之间重要的中转站点。

学术研究

巨大的南极冰盖是科学研究的重要方向，包括冰川学、气象学和古气候学在内的各领域都需要以南极冰盖为研究对象。国际地球物理年（1957年）以来，有关南极洲冰盖的形成、演化以及它与大气、海洋等环境因素相互作用的研究是最近30年南极研究中发展最快的领域之一。其中有关南极冰盖对温室气体排放的响应（即对大气—海洋—冰相互作用过程中的动力学过程的影响），及南极冰盖的演化，特别是全新世以来，其动力过程和内部结构等基本问题尤其引人关注。

冰川和气候演化方面，中国著名生态学家孙立广等对西南极菲尔德斯半岛古海蚀龛沉积物的研究不仅很好地揭示了该地区距今4600年以来冰盖进退、地貌与古气候的演化过程，同时也为南极新生代气候和环境研究提供了一种新的研究载体；北京师范大学教授赵烨、李容全通过碳-14测年确定了南极菲尔德斯半岛苔藓植物泥炭层的形成年龄。这些研究成果无疑极大地丰富了南极半岛冰川和气候演化的研究，为最终建立南极半岛冰川和气候演化模型提供了确凿的材料。技术方面，利用地表能量平衡过程认识气候系统多圈层之间的相互作用，首先需要可靠的设备对相关物理要素进行准确观测。近年来，极地的观测技术和冰/雪-气相互作用的模式集成都有了明显的提高，多种技术方案已经被应用到南极地表的研究中。

今后，亟待加强和关注的研究方向包括推进南极洲物质平衡的大范围观测、发展一套有机地处理南极冰盖短时间尺度观测数据与长时间序列冰芯数据相结合的同化系统、加强理解南极冰流快速变化等。目前限制冰盖模式预测能力的因素主要是模式边界条件的不确定性以及观测数据的相对缺乏。边界条件不确定性因素主要包括冰下地形、冰厚、冰流以及近表面大气温度、短波辐射和降雪。因此，下一阶段，为便于测试不同的数值模式对冰盖边缘迫动的反应，改进边界条件和测试数据加入更多冰盖演化的物理过程显得尤为必要。