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神秘的南极冰盖

2017-12-15 16:56:00 来源:中国矿业报 作者:韦利杰 陈 虹

南极冰盖,它是一片人们至今仍未完全踏足的神秘领地。

它广阔,南极大陆98%的区域被常年不融化的冰雪覆盖,面积约为1350万平方千米,比我国的陆地面积还要大;它厚重,终年不化的积雪逐渐堆积成极厚的冰层,平均厚度约为2450米,最厚的地方可达4800米;它颇具影响力,南极冰盖的总体积多达2450万立方千米,蕴涵有全球70%的淡水资源,如果全部融化,全球海平面将上升近60米,使地球上的陆地面积缩小近2000万平方千米,许多沿海地区将被淹没。南极冰盖的消融与扩张关系到整个人类的生存环境。

南极冰盖——

朦胧下的众人云说

大约3400万年前,南美洲与南极大陆的南极半岛彻底分离,形成现在的德雷克海峡,环南极洋流生成,南极大陆开始变冷,南极冰盖开始形成。至大约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。

南极冰盖自形成以来是否曾经历过大规模消融—塌缩事件?这个问题一直存在争议,并以此可以分为两个派别——稳定派和活动派。稳定派认为,南极冰盖始终稳定存在,体积和规模并没有发生大的变化;活动派则认为,南极冰盖自形成以来一直处于动态演化之中,其间经历了多次扩展和退缩,特别是在上新世(距今约530万年~260万年)时曾经发生过很大规模的气候变暖和冰川退却事件。

单从古生物学角度来说,南极的植物化石与活动派密不可分。上世纪80年代中期,美国科学家提出的动态论观点——就是在横贯南极山脉发育的新生代冰川沉积地层天狼星群内发现了假山毛榉科植物化石,并结合其内含有的硅藻化石,确定地质年代为上新世(距今约530万年~260万年),由此指出上新世南极大陆内部曾存在无冰区,也就是说冰盖消融了,这个发现引起了很大的轰动,也掀起了南极研究的热潮。

植物化石——

小小石块中蕴藏着大生态

植物化石是指埋藏在地层中的植物遗骸。其形成是植物死亡后迅速被沉积物覆盖,这些植物遗体中的有机质分解殆尽,坚硬的部分如根、茎、叶、孢子囊或球果、孢粉等与包围在周围的沉积物一起形成化石,虽然经过了漫长的地质作用,但这些植物化石仍保留着植物原来的形态和结构等特征。

如果从某地层中发现某些植物化石,可以肯定当时该区域一定生长着产生这些化石的植物。与动物主动适应环境的方式不同,植物是被动地适应环境。当环境发生改变时,有些植物不再适应改变后的环境,那么这种植物必然会急剧衰败,仅有少数延续下来,甚至全体绝灭,这样在地理分布范围上便会明显地出现相应的变化。因此,保存在沉积地层中的植物化石必然记录着当时的古环境信息。

如何获得植物化石中的古环境信息呢?简而言之,就是在现存植物中,找到与植物化石在形态和结构上具有相似性和在系统演化上具有亲缘性的类群,假定化石植物与其亲缘类群生长所需要的气候和环境条件相同或相近,就这样用“将今论古”的方法推测植物化石生长时期的古环境。进而,在上述基础上,找出该地区所有植物化石的最近亲缘类群后,利用大数据进行分析,把每一种最近亲缘类群所能提供的数值进行叠加,通过产生的共存区间来估测出古气候和古环境参数,从而恢复该地区当时的古气候和古环境特征。

南极大陆——

风雪中的峥嵘岁月

始新世-渐新世之交(约3400万年前),全球气候急剧变冷,地球由“温室期”进入“冰室期”。随着气候和环境的变化,南极植物的种类和数量在逐渐减少,耐寒耐旱植物比例逐渐增加。

渐新世早期(约3400万年~2800万年),横贯南极山脉地区以低灌木或低矮的假山毛榉科-罗汉松科植物为主,这些植物耐寒性差,喜温暖湿润气候,表明密闭森林生长在南极大陆较温暖的地区。

渐新世-中中新世(约2800万年~1400万年),横贯南极山脉地区和罗斯海地区以低丰富度的假山毛榉科花粉占优势,伴有罗汉松科、草本植物和苔藓植物,反映苔原植被类型,并在条件适宜的地区生长的低矮木本植物,认为晚渐新世期间可能略微温暖些及中新世夏季平均气温可能类似于现在南极板块边界附近的岛屿,表明南极大陆的气候直至中中新世仍适宜维管植物生长。

中中新世-晚中新世(约1400万年~530万年),北查尔斯王子山地区以低丰富度草本植物为主,伴有少量其它被子植物和苔藓、藻类孢子,反映草本-苔原植被,气候类似于现今温凉-寒冷的亚南极地区。

上新世时期(约530万年~260万年),格罗夫山地区仍有植被覆盖,该地区仅生长着稀疏的耐寒耐旱草本植被,说明维管植物生长受到更大的限制,当时气候条件更加恶劣,表明植物逐渐适应在越来越冷的环境中生存。

北查尔斯王子山和格罗夫山距现今冰盖的边缘约400千米,这周围中-晚中新世乃至上新世仍适宜植物生长,可能这里曾是冰盖的边缘,说明南极冰盖自形成以来曾发生过塌缩事件,支持动态论观点。

此时的南极大陆仍有苍茫风雪飘摇,而此时的琼楼玉宇中也有无数学者在为此上下求索。时光的脚步不会就此停歇,学者对未知的探求不会就此磨灭。

争论不休,探索不止,我们在继续……□

(作者单位:中国地质调查局地质力学研究所)

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