2013风向标
■本报记者 陆琦
从地图上看，南极就像个大冰块。在厚厚的南极冰盖下，是否尘封了一个失落的世界？
20世纪90年代，通过人造卫星和地震测量法证明了南极冰下湖的存在之后，这些古老而神秘的湖泊便成了科学家魂牵梦萦的地方。近日，美国《科学》杂志将“探索南极冰下世界”列为2013年值得关注的六大科学领域之一。
神秘的古老湖泊
南极有360多个冰下湖，这些湖都是在远古的地壳运动中被“封”在南极冰盖之下的。沃斯托克湖是其中最大的一个。
1960年，前苏联地理学家安德里·卡皮查飞越南极沃斯托克地区上空，发现冰原上有一个巨大的平坦地区。他认为冰下有一个湖。但这个看法在当时并没有引起人们的重视。
直到上世纪70年代，前苏联科学家在这一地区钻探，意外地发现了沃斯托克湖。
不过，由于当时科学技术的局限，直到上世纪90年代人们才通过人造卫星和地震测量法证明了它的存在。
沃斯托克湖距离南极海岸线1500公里，离俄罗斯南极沃斯托克科考站（东方站）不远，位于冰层表面之下约4000米处。经测定，沃斯托克湖比安大略湖的面积更加广阔，大约有500米深，可以源源不断地为伦敦提供5000年全部供水。
南极冰下湖是由于地热从底部融化南极冰层而形成的。重力和冰层的压力促使融化形成的水流动起来，免遭冻结，最后聚集在冰层下大陆的空洞和山谷中，形成湖泊。
沃斯托克湖大约在1500万年前形成，千万年来它变化极小，可能是地球上水量变动最小的湖泊。同时，湖中氧元素含量比普通的淡水湖要高出50倍以上。
沃斯托克湖中的环境被认为与木卫二和土卫二很相似。假若能在沃斯托克湖中发现生物的存在，或许能够为“木卫二冰层下的海洋中是否存在生命”的争论提供有力的证据。
神秘的沃斯托克湖令科学家兴趣盎然——有没有生命存在？它们以什么方式存在？是保留了原始生命形态，还是发展出了与众不同的生命形式？它们靠什么耐住极端高压、永恒的严寒、低营养输入、高浓度氧气以及无阳光等各种极端情况？
科学家们迫不及待想揭开这个古老湖泊的神秘面纱。
慎之又慎的钻探
1996年，俄罗斯科学家开始对沃斯托克湖进行钻探。
1998年，研究团队钻入3623米深，挖出了世界上最长的冰核（即冰的核心，其中的气泡能够记录过去此地区的大气组成）。检验发现，冰核最底部约有42万年的历史。这表示沃斯托克湖至少50万年前就已经被封在冰层之下了。
当时，一些专家担忧，探明湖水的过程可能会污染生态系统，引起无法挽回的损害。与其如此，倒不如保持它与世隔绝的状态。
鉴于此，钻探作业在距离湖面120米处被迫停止，且钻孔也被封住。
直至几年后，俄罗斯科学家想出了环保安全的新方法，钻探工作才重新开始。2010年11月，他们向南极条约环境保护委员会提交了对于这个项目的最终环境评价，并被准予可以继续对这个古老湖泊的湖水取样。
2012年2月，经过长达20年的努力，俄罗斯科学家最终钻透近4000米的南极冰层，抵达已经被埋入冰层下1500万年之久的沃斯托克湖。俄罗斯也由此成为世界上首个接触到南极冰下湖泊的国家。
南极的夏季从12月到次年的2月，气温可达零下30摄氏度，相比冬天会骤然下降到零下80摄氏度，相对温和一些。尽管如此，要在4000米厚的冰层上凿个窟窿，没那么容易。
据参加钻探的俄罗斯科考队员透露，下钻冰层到3000米处通常相对容易，在格陵兰和南极其他地方都曾成功过。但是当钻完3000米接近冰层底部时，温度接近冰的融化点，各种各样的问题就会冒出来。
其中一个比较大的困难，起因于冰结构的改变，在3600米深处纯净且相当冰冷的湖水，坚硬得如钻石一般，这给研究小组的钻孔工作带来了重重困难，大约一天只能下钻1.6米。
俄罗斯研究团队负责人瓦列里·卢金介绍，在此次科考中，钻头在大约3766米深度遇到了水，但这些水来自位于湖面上的一个水透镜而非湖水本身。他们从透镜中采集了水样，随后继续钻探，直至到达湖面本身。受压的湖水沿着钻孔上升了30到40米，并冻结在那里，在钻孔的底部形成一个冰冻的塞子。“来年夏季重返这里，取回‘塞子’进行分析。”他说。
英国南极考察站的微生物学家大卫·皮尔斯称，这是一项伟大的成就。“他们是最先探到冰川下南极环境的人，是真正的技术冠军。”
瓦列里·卢金说：“这个项目就好像在一个从未到过的外星球上工作一样，不知道下面等待我们的将是什么。”
勘探才刚刚开始
2012年12月，俄罗斯科考队重返南极，继续探秘古老的沃斯托克湖，看看那里是否有微生物的存在，并确定热液源对该湖水文状态的影响。
其实不光俄罗斯，各国科学家都有“探索南极冰下世界”的雄心壮志。
据报道，英国南极科考队计划深入位于西南极洲的古老埃尔斯沃斯湖，考察冰下生命。
如果一切顺利，埃尔斯沃斯湖将成为第二个被探索的冰下湖泊。
埃尔斯沃斯湖约长12公里、宽3公里、深150米，与长250公里、宽50公里的沃斯托克湖相比，只是一个小水坑。埃尔斯沃斯湖坐落于大陆分水岭附近冰川下的山谷，上覆冰层移动最慢；该湖的冰大约零下30摄氏度，比南极东部沃斯托克高原的冰要“暖和”一倍，并且要薄将近1000米。
所有这些因素使得埃尔斯沃斯湖比沃斯托克湖更容易进入并获得更广泛的样本，可能是探寻微生物更好的选择。
英国考察队希望用可以融冰的高压喷射90摄氏度水的钻头，3日内到达埃尔斯沃斯水面。一旦凿洞完成，考察队在钻洞重新结冰前将有数十个小时时间部署采样探头和沉积物取芯管。
据了解，为确保不会有表面微生物污染湖水，英国考察队设备的准备非常讲究，并已在去年经过南极条约缔约国的检验。估计钻头将消耗6万升水，而这些水全部来自站点的积雪，经过五段过滤系统再用紫外光杀菌处理。5米长的圆柱形钛钻头将在湖的不同深度取样，钻头在英国南安普敦的一个无菌室组装，包装在无菌袋中。
但遗憾的是，该计划由于技术问题而被中止。
与此同时，探索冰下湖泊的第三次努力也即将开始：美国钻探队将向着南极麦克默多站出发，计划于2013年1月到达他们的目的地——维兰斯湖，一个小而浅的、靠近罗斯冰架的水体。
“如果三项计划在2013年都能够取得成功，我们将对冰川下的环境有一个更好的了解。”参与其中的科学家更将此视为合作而非竞争。
对南极冰下湖泊的勘探才刚刚开始，科学家认为，还需要勘探以上3个湖以外的更多南极冰下湖泊，获得更多的数据。
《中国科学报》 (2013-01-01 第21版 展望)
