书城科普读物探究式科普丛书-耐力训练的宝地:高原
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第15章 南极洲高原篇

第一节为什么臭氧层空洞出现在南极?

南极上空出现臭氧空洞有许多原因,归纳起来有三点:

(1)宇宙高能粒子簇射破坏了臭氧层。地球每隔27天就有两天半要受到宇宙高能粒子簇射,每次射向地球的带电粒子的能量为200~1500万电子伏特。在地球磁场作用下,这些带电粒子沿着磁力线向南北两极射去。当冬季到来时,南极大陆处在黑夜中,在带电粒子的影响下,大气中间层的氮、氢化合物浓度开始升高。

当南极大陆的早春季节到来时,由于气温升高,氮、氢化合物开始发生化学反应,这一过程迅速破坏臭氧层,因此,在南极上空臭氧层出现了空洞。

由于北极磁场比南极磁场较强,因此这种化学过程只对南极大陆产生影响。

(2)化学反应引起臭氧耗损造成臭氧空洞。另外,工业化产生的氟氯化物(氟利昂)引起的化学反应容易使臭氧层出现空洞。氟利昂能破坏离地面25千米高的大气层里的臭氧,使透过大气层的太阳紫外线增强。有时,臭氧耗损区并不均匀,臭氧耗损达75%以上的气层与臭氧耗损不到25%的气层相邻。另外臭氧耗损的速率很高,仅25天臭氧就耗去了一半。

(3)大量废气的排放使臭氧层出现空洞。

近年来由于在同温层飞行的喷气式飞机和火箭、导弹日益增多,将大量废气排放到高空,臭氧遭到耗损,严重地破坏臭氧层。

臭氧空洞直接或间接地影响地球上的人类安全和万物的生长。首先,植物和动物的生态链会发生变化,失去平衡,造成气候异常、农作物歉收,还会造成皮癌发病率上升以及某些物种灭绝等现象。另外,南极大陆是地球上唯一没有被污染的地方,有极为重要的科研价值。

然而,随着南极上空臭氧空洞的出现,如果再不注意环境保护,南极大陆就有被污染的可能,这不能不引起人们的高度警惕。

第二节人类最后一块“蛋糕”

1.南极冰雪高原

南极洲包括南极大陆及其岛屿,面积约1400万平方千米,占世界陆地面积的10%,与美国和墨西哥面积之和相当,是中国陆地面积的1.45倍,是澳大利亚陆地面积的2倍。

南极洲距离南美洲最近,中间只隔着德雷克海峡。德雷克海峡宽约970千米。距离澳大利亚约有3500千米。南极大陆是世界上最高的大陆,平均海拔2350米。南极山脉横贯南极大陆,把它分成东西两部分,这两部分各方面差别很大。东南极洲是一块很古老的大陆,已有几亿年的历史。

它的中心位于难接近点,从任何海边到达难接近点的距离都很远。

东南极洲平均海拔高度2500米,最大高度4800米。埃里伯斯火山位于罗斯岛上,是南极大陆最大的活火山,海拔高度3795米,有四个喷火口。西南极洲面积只有东南极洲面积的一半,是个群岛,有些小岛位于海平面以下,所有的岛屿都被大陆冰盖所覆盖。较古老的部分(包括玛丽·伯德地南部、埃尔斯沃思地、罗斯冰架和毛德皇后地)有一山系,由花冈岩和沉积岩组成,该山系向南延伸至向北突出的南极半岛的中部。西南极洲的北部,是较高的部分,由第三纪地质时期的火山运动所造成。文森山地(5140米)是南极洲的最高处,位于西南极洲。比德莫尔冰川是南极洲较大的冰川,流域面积与法国相当的罗斯冰架,为罗斯海最南的分界线。位于大陆另一边的威德尔海,是另一个深入内陆而以菲尔希纳冰架为终端的深海湾。菲尔希纳冰架向南延伸,与位于极地高原前方而海拔较高的罗斯冰架汇合。

南极洲有众多的淡水和咸水湖,其中唐胡安湖的含盐度极高,每升湖水含盐量可达270多克,即使在——70℃,湖水也不结冰。南极洲的万达湖和邦尼湖表面结着二三米厚的冰,冰下湖水清澈。湖水的含盐量随深度的增加而增加,湖水的温度也随深度的增加而升高。在全年平均气温——20℃的环境中,湖底水温高达25℃。

南极大陆的98%被冰雪覆盖着,冰盖的总体积为2800万立方千米,平均厚度为2000米,最大厚度为4800米。南极大陆深厚的冰雪使南极大陆、特别是东南极洲形成一个穹状的高原,平均高度为2350米,成为地球上最高的大陆。如果没有这巨大的冰盖,南极大陆比地球上陆地的平均高度要低得多,平均高度仅有410米。南极洲是世界上最大的淡水库,储存有全球90%的冰雪,占整个地球表面淡水储量的72%。

南极洲有众多的冰川。其中,兰伯特冰川充填在一条长400千米、宽64千米、最大深度为2500米的巨大断陷谷地中。它以平均每年350米的流速注入海,构成埃默里冰架。

南极洲有大小不等的陆缘冰架约300个。世界上最着名的冰架有罗斯冰架和威德尔海湾的菲尔希纳冰架。罗斯冰架面积约54万平方千米,菲尔希纳冰架面积约40万平方千米。

南极洲四周有冰障10多座。罗斯冰障是南极洲最大的一座冰障,长达900千米,平均高出海面50米。罗斯冰障的前端一般每天移动3米,最快达4米。

南极大陆有毛德皇后地和阿黛利地的冰舌,向海中伸出100多千米,宽度达50多千米,高度20~30米。

由于海冰从海岸向大洋延伸,南极大陆面积冬季和夏季相差很大。在格林尼治子午线上,夏季南极大陆的直径为3600千米,而冬季可达5400千米。

南极是世界上最冷的地区,被称为地球冷极。南极寒冷的原因有三点。首先,南极位于高纬度,导致了一年中漫长的极夜期间没有太阳光。其次,太阳光线入射角小,阳光就少。南极位于地球上纬度最高的地区,太阳的入射角最小,阳光只能斜射到地表,斜射的阳光热量最低。再者,南极大陆地表98%被白色的冰雪覆盖,冰雪对日照的反射率为80%~84%,只剩下不足20%到达地面,但由于南极的高海拔和相对稀薄的空气又使这点热量也保存不下来,所以南极异常寒冷。

极昼和极夜是极圈内的独有现象。每年6月21日是南极最黑的一个极夜,这个日子也是南极最重要的节日仲冬节。从6月21日前后各推一个月,基本上就是极夜的时间,只有中午几个小时天有点蒙蒙的光亮,大部分时间都是伸手不见五指。

南极大陆只有夏冬气候,这里的气候也是典型的南极大陆沿海气候。

冰山是南极最美的景观之一。南极大陆冰盖向海洋延伸部分形成了冰架,冰架断裂掉入大洋,就形成了巨大的冰山。零星漂浮到浮冰区外的冰山已经足够吸人眼球,越接近南极大陆,被海冰冻结而静静矗立的冰山就越多,形态各异。圆锥体的山峰、长方体的平台冰山……在阳光的折射下摆出各种千奇百怪的蓝色造型,让人为之目眩神迷。

2.南极的资源

南极洲有藏量丰富的矿物资源,包括煤、铁、铜、铅、锌、铝、金、银、石墨、金刚石和石油等220多种,其中有重要战略价值的钍、钚和铀等稀有矿藏。这些矿藏主要分布在东南极洲、南极半岛和沿海岛屿地区。如维多利亚有大面积煤田,整个西部大陆架的石油、天然气均很丰富,南部有金、银和石墨矿,乔治五世海岸蕴藏有锡、铅、锑、钼、锌、铜等,查尔斯王子山发现了巨大铁矿带,南极半岛中央部分有锰和铜矿,沿海的阿斯普兰岛有镍、钴、铬等矿,桑威奇岛和埃里伯斯火山储有硫黄。约150亿桶的石油和3万亿立方米的天然气蕴藏在罗斯海、威德尔海和别林斯高晋海。南极洲煤的储量约有5000亿吨。南极洲也是个巨大的天然淡水库,是世界上淡水的重要蕴藏地。

由于环境极端恶劣,南极没有人类居住,企鹅、海豹、雪海燕、贼鸥等南极的动物是这片大陆天然的主人。另外有各国考察站来度夏或者越冬的考察队员暂住,一年或者几月往返一次。

企鹅是当之无愧的南极精灵。它们身穿一身美丽出众的羽衣,大腹便便,走起路来一摇一摇的。它们喜欢群栖,有几百只、几千只、上万只,最多的甚至达10万~20万只聚集在一起。在南极大陆的冰架上或在南大洋的冰山和浮冰上,人们可以看到成群结队的企鹅聚集的景观。有时,它们排着整齐的队伍,面朝一个方向,有时它们排成距离、间隔相等的方队。企鹅的性情憨厚,十分逗人。当人们靠近它们时,它们并不望人而逃,好像羞羞答答,好像若无其事,不知所措,有时又东张西望,唧唧喳喳,交头接耳。企鹅憨厚并带有几分傻劲,真是惹人发笑。

3.《南极条约》和保护南极条约体系

《南极条约》在1959年12月1日由12个国家签订,并在1961年6月23日正式执行。它的主要内容是:禁止在条约区从事任何带有军事性质的活动及核爆炸和处理放射物,南极只用于和平目的;冻结对南极任何形式的领土要求;鼓励在南极科学考察中的国际合作;各协商国都有权到其他协商国的南极考察站上视察;协商国决策重大事务的实施主要靠每年一次的《南极条约》的例会和各协商国对南极的自由视察权。中国于1985年5月9日加入南极条约组织,同年10月被接纳为协商国。《南极条约》有40个成员国,其中26国为协商国,14国为非协商国。

继《南极条约》后,协商国又在1964年、1972年、1980年先后签订了《保护南极动植物议定措施》、《南极海豹保护公约》和《南极生物资源保护公约》;1988年6月通过了《南极矿物资源活动管理公约》;1991年10月在马德里通过了《南极环境保护议定书》。

《南极条约》和上述公约以及历次协商国通过的140余项建议措施,统称为南极条约体系。1991年在马德里通过的《南极条约环境保护议定书》中第25条规定,自议定书生效之日起50年内禁止在南极进行矿物资源活动,从而使南极大陆在未来50年中享受和平与安宁,为全面保护南极、科学地认识南极奠定了基础。

中国从1980年开始和国外合作,派科学家到外国南极考察站同外国科学家一起开展南极科学研究。在1985年2月20日建成了中国第一个南极考察站——长城站,地点设在得兰群岛的乔治王岛上(南纬62°13′、西经58°58′);后又在1988年底建立了中国第二个南极考察站——中山站,位于达拉斯曼地区南纬69°22′、东经76°22′处;2009年1月27日,我国又建立了继“长城站、中山站”以来的第三个南极考察站——“中国南极昆仑站”,地处南纬80°25′01″、东经77°06′58″。从1984年起,中国已多次派出了考察队。自第五次起,考察队兵分两组,一组在长城站,一组在中山站,分别在两个站上进行地球物理、生物、地质、冰川、环境、气象、高空大气物理、人体生理医学等主要考察项目。1989年7月27日,由中、法、美、苏、英、日6国各1名队员组成的1990年国际横穿南极探险队从南极半岛出发,靠狗拉雪橇和滑雪板,过南极点、东方站最后到达和平站,在1990年3月3日完成横穿南极大陆计划,历时219天,行程5986千米。1989年12月11日经过南极点时曾发表《南极宣言》。

4.南极高原科学考察站

目前,世界各国都在关注南极大陆未来的开发利用,各国政府耗资巨大地支持南极探险和考察,如此做的重要目的就是跻身南极,为未来着眼。

目前已有26个国家在南极设立了科学考察站,在南极建立了150多个科学考察基地。根据它们的功能,这些众多的考察站大体可分为常年科学考察站、夏季科学考察站、无人自动观测站三类。其中,有50多个常年科学考察站,中国的南极长城站和中山站都是常年科学考察站。大约有100多个夏季科学考察站,经常使用的有70~80个,中国没有夏季科学考察站。

从各国南极科学考察站的分布来看,在南极大陆沿岸和海岛的夏季露岩区分布最多。在南极内陆冰原上,只有美国、俄罗斯(前苏联)和日本建立了常年科学考察站。其中,美国建在南极点的阿蒙森——斯科特站、俄罗斯的东方站最为着名。中国在南极已经建立了长城、中山、昆仑三个科学考察站。