南極從哪裡來?

一群國家地理控,專注於探索極致世界


南極從哪裡來?

這顆星球上

再沒有比南極更特別的土地了

(地球,圖片源自@NASA)

南極從哪裡來?

我們的祖先

從走出非洲的那一刻起

便致力於占領整個星球

包括每一塊大陸

每一片海洋

唯有南極是個例外

(早期人類遷徙路線圖,製圖@張靖/星球研究所,依據《Going global: How humans conquered the world/NewScientist》)

南極從哪裡來?

1959年

美蘇英法等國經過反覆磋商

終於在華盛頓達成一致

凍結對南極的一切領土要求

禁止在南極進行任何軍事活動

這便是著名的

《南極條約》

(南極條約組織的旗幟)

南極從哪裡來?

條約最大限度地

將人類的貪婪限制在南極以外

使得南極成為這顆星球上

最純淨的冰雪世界

(南極視角的地球,圖片源自@Photographer"s Choice/VCG)

南極從哪裡來?

冰雪之中

是完全不同於人類文明的另一種繁榮

包括全球最為獨特的生態系統

全球數量最多、繁衍最成功的動物

它們在極為荒蕪冷酷的自然條件下生生不息

一切

都需要從南極的形成說起

那是一場持續3000多萬年的

“風”“流”往事

Ⅰ 風流雙煞

2億多年前

地球上的陸地主要由兩部分構成

勞亞古陸盤踞北半球

今天的南極、非洲、南美、印度等地

則連成一片

共同構成了南方大陸

岡瓦納古陸(Gondwana)

(聯合古陸,製圖@趙雲鵬/星球研究所)

南極從哪裡來?

雖然同樣位於高緯度地區

但此時的南極遠沒有今天這般寒冷

蕨類、蘇鐵等植物生長茂盛

森林綿延、鬱鬱蔥蔥

各種古獸繁衍其間

物種昌盛、萬象更新

(2億年前南極大陸上的代表性動物水龍獸及其生存環境復原,它身長從0.6米到2.5米不等,上下頜前端可能有喙狀嘴,用來切碎植物,兩顆長牙是其顯著標誌,圖片源自@National Geographic/VCG)

南極從哪裡來?

如若照此發展

也許我們今天看到的南極

與歐亞大陸並不會有太大的差別

但是

1億多年前

關鍵性的轉折出現了

岡瓦納古陸開始分裂

非洲、澳大利亞等陸塊紛紛向北漂移

印度次大陸更是如箭離弦般

向歐亞大陸飛速撞去

只有南極陸塊孤零零地留在極地

(1.4億年前至今的板塊運動示意圖,視頻製作@Christopher Scotese)

南極從哪裡來?

當時間到了3400萬年前

南美洲與南極陸塊的最後連線

也被板塊運動的洪荒之力無情切斷

海水噴涌而入

形成了寬達900千米的

德雷克海峽(Drake Passage)

兩個大陸隔海峽相望

努力勾連的“手指”依依不捨

(德雷克海峽,製圖@張靖/星球研究所,底圖源自@NASA)

南極從哪裡來?

於是

一個以南極點為中心

四面環海、孤立於其他大陸的

南極大陸

誕生了

(以南極大陸為中心地圖,採用皮爾斯梅花投影法製作,可以更好地展現南極與其他大陸的關係,同心閉合的白色曲線是緯線,其它是經線,製圖@Daniel R. Strebe/維基百科)

南極從哪裡來?

它面積高達1400萬平方千米

比中國的陸地面積還大46%

(南極大陸與中國面積對比,製圖@趙雲鵬/星球研究所)

南極從哪裡來?

大陸四周沒有其他陸地、山嶽的阻隔

海面上無遮無攔

“風”率先降臨

它自西向東環繞南極一周

風力時常高達7級以上

人稱咆哮西風帶

(Roaring Fifties/Screaming Sixties)

(咆哮西風帶,源自@Matt Owens/NOAA;西風帶的形成與地球自西向東的自轉等因素有關,南極與其他大陸的分離極大加強了風勢)

南極從哪裡來?

強風吹動海面,形成海浪

海浪又帶動深層海水形成更強大的洋流

洋流環繞南極

同樣無遮無攔

流速越來越快,規模也越來越大

最終形成了一個寬600-2000千米

深達2-4千米的超級洋流

南極繞極流

(Antarctic Circumpolar Current)

這是世界上最大的洋流系統

流量超過全球所有河流總徑流量的100倍

(南極繞極流,視頻源自@NASA;南極繞極流不同位置的流量有差異,此處以德雷克海峽為準計算;南極繞極流的形成原因還包括地球自轉)

南極從哪裡來?

現在

“風流雙煞”皆已登場

狹窄的德雷克海峽上

風雷滾滾、海浪洶洶

成為企圖進入南極者的噩夢

(正在通過德雷克海峽的船隻,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

更重要的是

“風流雙煞”形成了兩大屏障

將整個南極包裹起來

來自北方的暖流難以進入

內部的寒流亦難外散

內外熱量交換受阻

南極大陸幾乎被“封印”其中

(南極大陸被“封印”示意圖,製圖@趙雲鵬/星球研究所)

南極從哪裡來?

當一片大陸被“封印”

會造成怎樣的後果呢?

Ⅱ 冷酷末日

後果就是

對原本生活在南極大陸上的生命來說

末日降臨了

首先是

與沒有被“封印”的北極相比

無論最低溫還是年平均氣溫

南極都要冷20度左右

2013年記錄的最低溫甚至達到-93.2°C

為地球之”冷極“

至冷之中

冰雪紛紛飄落

高山上發育出巨大的冰川

將南極的山峰切割得尖削凌厲

(埃爾斯沃思山脈群山,其中文森峰海拔4892米,是南極洲最高峰,圖片源自@National Geographic/VCG)

南極從哪裡來?

當冰雪堆積超過千萬年

南極98%的陸地

都被巨大的冰川所籠罩

稱為冰蓋(Ice Sheet)

(南極冰蓋,根據衛星圖像合成,冰蓋反射陽光,呈現出一種激動人心的珍珠光澤,圖片源自@NASA)

南極從哪裡來?

原本高聳的山峰

只能露出尖尖的山頂

有如白色海洋上的小島

名為冰原島峰(Nunatak)

(瑟斯頓島上的冰原島峰,圖片源自@NASA/John Sonntag)

南極從哪裡來?


就連那些燥動不安的火山

也不能倖免

(從太空拍攝的南極火山群,下方火山口最突出者為西德利火山,海拔4285米,是南極洲海拔最高的火山;照片上看似狹小的火山口,實際寬度超過5千米;圖片源自@NASA)

南極從哪裡來?

南極大冰蓋集中了全球70%的淡水

如果融化足以令全球海平面上升60餘米

中國沿海及華北平原都將澤國一片

冰蓋平均厚度高達2300米

最厚之處可以達到4700米

相當於將3個泰山海拔的冰雪疊加

巨大的重量壓迫陸地下陷

甚至嚴重低于海平面

(去除冰川後的南極陸地示意圖,一半在海平面以下,圖片源自@NASA)

南極從哪裡來?

另一方面

南極冰蓋如同一頂中間高、四周低的帽子

帽頂的空氣因受冷而密度增大

沿著帽子的斜面急劇下滑

形成下降風(Katabatic wind)

(下降風形成示意圖,製圖@張靖/星球研究所)

南極從哪裡來?

下降風捲起地表的雪粒

遮天蔽日

目前地球上已知最大的風速便在南極

是名副其實的風極

(一位科研人員正在南極維加島的風暴中行進,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

下降風肆虐迅猛

所到之處物毀土崩

它呼嘯著抵達海岸

橫掃大洋

(飛機拍攝的南極菲爾克納冰架附近海面,下降風吹動積雪在海面上留下了清晰的痕跡,攝影師@Linette Boisvert/NASA)

南極從哪裡來?

海洋也跌入酷寒之中

表面的海水被凍結成冰

從太空俯瞰

白色的海冰正向四面八方擴展

似乎要讓藍色星球換改天換地

(2015年9月21日的南極海冰範圍,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

這些海冰厚達2米

陳年的冰層更是能達到5米

它們互相擠壓摩擦

嘎嘎作響

即便最強大的破冰船也只能擇機而行

(一艘美國破冰船行駛在南極海面,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

寒冷、冰雪、大風

曾經生機勃勃的動植物

包括陸生動物、大多數魚類都走向了滅絕

南極已經徹底由綠色天地

轉變為萬物肅殺的冷酷世界

生命就這樣結束了嗎?

(喙嘴翼龍化石,曾於1億多年前生活於南極,圖片源自@M0tty/維基百科)

南極從哪裡來?

當然不是

因為一場全新的生命大戲

正在冷酷中孕育

Ⅲ 冰雪生機

南極冰蓋並非靜止不動

而是會從高處向低處流動

形成冰流

(南極冰流示意,視頻源自@NASA)

南極從哪裡來?

當冰流到達海岸

會在海岸邊矗立起巨大的“冰牆”

(帆船與海岸“冰牆”,攝影師@周三哥)

南極從哪裡來?

冰流繼續向前

延伸至海面之上

便會形成冰架(Ice Shelf)

冰架斷裂,在海面上四處漂浮

是為冰山(Iceberg)

(冰架冰山形成示意圖,製圖@趙雲鵬&蘭澤玉/星球研究所;冰山由陸地上的冰川形成,而海冰由海水直接凍結形成)

南極從哪裡來?

南極大陸邊緣74%的海域

都被冰架覆蓋

(2004年3月拍攝的拉森冰架,攝影師@Jim Ross/NASA)

南極從哪裡來?

從海面望去

有如一條連綿不絕的冰雪長城

(請將手機橫屏觀看,攝影師@柳葉刀)

南極從哪裡來?

當這種冰架的前緣斷裂

所形成的冰山往往呈現桌狀

(南極桌狀冰山,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

可以高達數百米

(注意冰面上的企鵝,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

在海浪、狂風的不斷侵蝕下

變得形態萬千

(請將手機橫屏觀看,圖片源自@Michael Leggero/VCG)

南極從哪裡來?

然而無論冰山多么巨大

在大洋的洶湧波濤之下

都難逃分崩離析的命運

大量的冰架、冰山不斷融化

為大洋帶來富含氧氣的冷水

再加上劇烈的洋流

將海洋深層的營養物質攪動到海面

冰架、冰山周圍

形成了氧氣與營養物質都極大豐富的海流

一眾生命紛紛登上舞台

但它們又該如何抵抗無情的嚴寒呢?

(上升流和下降流示意圖,製圖@張靖/星球研究所;相比之下,北極海域的營養物質不如南極豐富,赤道海域則是氧含量低於南極;冰山融水帶來的鐵元素也是生命繁衍的關鍵,具體可參見“鐵限制假說”)

南極從哪裡來?


首先登場的是

硅藻為代表的浮游植物

它們個體極小,只能用微米衡量

(硅藻,圖片源自@NASA)

南極從哪裡來?

就是這樣小小的生命

憑藉著異常豐富的種群

將海水、浮冰“染”成綠色

(海水因充滿藻類而呈現綠色,圖片源自@NOAA)

南極從哪裡來?

緊接著

以藻類為食的南極磷蝦登場

為了度過漫長而寒冷的冬季

它們能夠忍受超過200天的飢餓

甚至會出現負生長

所以通常2-3年也不過長到5厘米左右

(南極磷蝦,圖片源自@維基百科)

南極從哪裡來?

然而

就是超強的忍耐力

讓這個不起眼的小生命

成為這顆星球上數量最大

繁衍最成功的動物之一

保守估計總量在5億噸以上

相比之外

人類的總體重也才4億多噸

它們喜歡集群活動

找到食物的個體會把信息轉告其他個體

然後一擁而上集體搶食

每立方水體可以聚集幾千到數萬條

之後又在洋流和浮凍的驅動下

流雲般地來去無蹤

(太平洋磷蝦群,謹供參考,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

如此巨大的磷蝦種群

形成整個南極生態系統的基石

可以支撐的生物鏈遠遠超過人們的想像

魚類便是其中之一

最具代表性的是南極冰魚

它極強的“抗凍”能力

源於循環系統中的一種糖蛋白

可以有效防止血液凍結

類似於人類在汽車中使用的防凍劑

(一種南極冰魚,圖片源自@Marrabbio2/維基百科)

南極從哪裡來?


因為南極海域富含氧氣

有的南極冰魚還在演化中

乾脆丟掉了運送氧氣的血紅蛋白

從而使得血液呈現為白色

(一種小型南極冰魚,呈現透明狀,圖片源自@Uwe kils/維基百科)

南極從哪裡來?

鳥類也在南極洲大陸邊緣

以及周邊島嶼上繁衍起來

數量多達2億隻

(信天翁,攝影師@林中響箭)

南極從哪裡來?


它們在南極海域的風浪中博擊

以南極磷蝦、魚類、烏賊等為食

(灰背信天翁,攝影師@PETER)

南極從哪裡來?

身形優雅的漂泊信天翁尤其惹人矚目

它的翼展可以長達3.7米

是現存翼展最長的鳥類

(漂泊信天翁,圖片源自@澳大利亞南極事務部)

南極從哪裡來?

不過

真正大紅大紫的鳥類並非信天翁

而是早已失去飛翔能力的企鵝

數千萬年前

企鵝的祖先放棄了天空

它們專注於游泳

以便在大洋中獲得更多的磷蝦、魚類等食物

在它們光滑的羽毛內保留一層空氣層

既可以增加浮力

也有助於隔絕南極冰冷的海水

耳朵、腳等部位則變得更小

以減少熱量流失

(3700萬年前的巨企鵝與人類、現在的帝企鵝對比,製圖@張靖/星球研究所)

南極從哪裡來?

如今

企鵝家族已多達19種

其中居住在南極、亞南極區域的共有8種

(請將手機橫屏觀看;企鵝家族圖譜,目前種數仍有爭議,製圖@張靖/星球研究所)

南極從哪裡來?

從紳士般的王企鵝

(王企鵝,比帝企鵝稍矮,但顏色更鮮艷、嘴部更長,耳後還有個橘紅色的封閉斑紋,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

到“渾身是戲”的帽帶企鵝

(帽帶企鵝,攝影師@汗斯)

南極從哪裡來?

再到紅嘴的金圖企鵝

(金圖企鵝,攝影師@陳小琳)

南極從哪裡來?

而高大、堅毅的帝企鵝

則最有最強的抗寒能力

它擁有所有企鵝中最大的體重

減少了相對表面積和熱量損失

帝企鵝還能夠控制血液流向四肢

防止肢體凍結

(帝企鵝,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

而通過抱團取暖

更是可以在零下數十度的低溫環境中

讓體溫上升到38°C

同時它們還會不斷變換位置

以確保每隻帝企鵝都有機會進入最溫暖的中心區域

(抱團取暖的帝企鵝幼崽,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

大型的海洋哺乳動物也繁盛起來

海豹、海獅、海象以厚厚的皮毛著稱

具有極佳的禦寒、防水性能

其中

有著細小耳朵的海狗

是海獅科的一個亞科

(海狗,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

體型臃腫的象海豹

雄性體長可達6.5米

體重約4噸

“青春年少”便已經是一個大胖子

(象海豹幼崽,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

喜歡鑿洞的威德爾海豹

經常從冰洞中伸出小而圓的腦袋

盡情呼吸

(威德爾海豹,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

胃口巨大的鯨魚

也時常在南極海域出沒

從喜食磷蝦、重達200噸的藍鯨

到常以優美姿勢躍出水面的座頭鯨

再到頂級掠食者虎鯨

它們擁有厚厚的脂肪層

可以提供足夠禦寒的能量

(座頭鯨,圖片源自@VCG)

南極從哪裡來?

就這樣

“風流雙煞”封印了南極

卻又創造出了獨特的生態系統

從單細胞的硅藻到成群的磷蝦

從優雅的信天翁到最引人矚目的企鵝

從種類眾多的海豹到上百噸重的巨鯨

萬物競發、生機勃勃

(南極生態系統示意圖,製圖@張靖/星球研究所)

南極從哪裡來?

而對於人類來說

這裡依然是難以踏足的禁區

畢竟沒有防水的皮毛

沒有厚實的脂肪

沒有蓬鬆的羽毛

更沒有永不冰凍的血液

要在世界最寒冷的地方生存下去

只能依靠足夠專業的技術和裝備

P.S.  主要參考文獻:劉小漢《南極大陸的演化與科學探索》、陳良標《南極魚類——冰海里演化出的奇蹟》、吳福星/張正旺《南極四季話鳥獸》

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