全球科学工作者已着手开展为期两年的旨在探索与增进对地球两极的了解——
3月1日是国际极地年(IPY)的开始(这项探测地球两极的任务将花费两年时间),来自全球63个国家约5万名科学家、艺术家和其他参与者将分担460个研究项目,包括从使用微中子探测器对北极圈的探测直至对其海冰地带的伊努伊特人的历史进行考察。总之,这项活动将赶在地球两极发生变化之前以增进对它们的了解。IPY计划办公室主任戴维·卡尔逊(David Carlson)表示:“科学界认为,我们必须加紧对极地地区进行综合性的研究。”
今年的IPY是继1957年国际地球物理年(IGY)以来首次由如此多的国家联合对地球两极展开的研究。卡尔逊说:“50年前,我们因发现而激动。那时,我们首次测量到南极洲的冰层厚度和观察到极地地区的海洋环流情况;现在我们因变化而焦虑,我们认为极地的情况正在发生变化。”
19世纪70年代,奥地利极地科学家卡尔·韦普利切特(Carl Weyprecht)曾倡议:把对探索极地奥秘有争议的国家联合起来共同进行探索;而这次为期两年的IPY活动在某种意义上继承了韦普利切特的初衷。尽管两极地区的环境条件恶劣,但专家们认为这也许是研究极地目前状况的最后一次机会了,这些地区已经受到了地球变暖带来的威胁,并最终使该地区的现状发生变化。
建造方冰块捕获微中子
微中子分布在物质的基本材料之中,然而,因其不带电荷被称为中子,其质量微乎其微,特别难以检测。而发现这种中性粒子的一个方法就是等待这一千载难逢的机会的到来,一旦这些中子与原子相撞便会产生大量的带电粒子。威斯康星大学的粒子物理学家弗朗西斯·赫尔岑(Francis Halzen)解释说:“当一个带电粒子穿过一层透明的介质时,该粒子便填满这个介质并发出蓝光。因为粒子(在该介质中)运动的速度比光快,会生成一道类似高速游艇在水中划出的弓形波,循着弓形波,你就可以画出粒子的运动方向。”
正因为微中子不带电荷,它们从生成之始便开始沿直线运动(只要不受任何碰撞)。许多微中子生成于大气层中,有一些来自于太阳,还有一些也许来自于遥远的宇宙空间。就大气层中生成微中子的角度而言,赫尔岑说:“诸如超新星、活跃的银河系以及伽玛射线的爆发通常是人们所预料的来源。大气层成为微中子的不二来源,所以你就在这张轨迹图中去寻找那些热点吧。”
为了绘制出这张轨迹图,人们需要一个巨大的透明介质。赫尔岑和他的同事们想出了一个利用南极的冰为这一介质的主意。这项被称为“大方冰”的工程计划把4800个光电倍增器沉入到南极1英里(约合2.4公里)以下的冰层中。目前1500个光电倍增器已安置到位,有关数据将通过卫星传输给研究人员,事实证明,冰块是效果最佳的感应器。赫尔岑说:“冰块来自绝对纯净的降雪,是由10万年以上的雪压缩而成。我们在南极发现了这样的冰,其厚度达300米、洁净度可与实验室制作的盐晶体媲美。当然,冰块还有一个好处,那就是在实验时人们可以在冰上行走。”
在南极洲,冰雪消融后露出的山脊和湖泊逐渐增多
绘制冻土带与永冻带地图
受全球气候的影响,尽管北极也在发生变化,但其永冻带融化的程度没有哪个地区像北极那样如此地显而易见:从阿拉斯加的道路塌陷、树木倾斜,直到冰封千年的温室气体被释放,使正在融化的永冻带带来看得见与看不见的两种效果。冻土学家、国际永冻带协会主席的杰里·布朗(JerryBrown)说:“就像冰河、白雪和海洋冰之类的潜在变化,你们是不会看到的。”
这次的IPY活动的两个主要项目是创建永久性的永冻带观察站和扩大国际冻土带试验(ITEX)范围,这是一项对部分冻土带进行人工加温的典范试验。英国哥伦比亚大学生态学家格雷格·亨利(GregHenry)说:“我们计划测算某些冻土种类的成分以及植被的生长率和多样性。目前我们已经对它们的生态功能、碳流量以及养料径流进行了研究。下一步将是开展土壤生物学的研究,对这些地区的(地下)真菌与微生物麕集情况的变化进行测定,以便了解这些微生物随着地球的变暖是如何做出应变的。”
对冻土带的试验(研究)在一些地区已开展了16年,这一试验将逐步向全球推广,甚至在远离极地的奥地利山区和西藏高原的冻土带进行。永冻带观察者将在不同地区的地面凿洞30米进行测算,某些洞也许还要更深些,因为在这一深度上,四季的变化不会使温度产生波动。布朗说:“这将形成一个包括活动地层与正在融化的地层在内的永久性观测网。这次的IPY将会骄傲地宣布,我们已测算了永冻带的现状。”
全球范围的冻土带试验还将有助于提前了解未来极地可能发生的变化。卫星观察的数据已经显示部分冻土带正在变绿;而地面观察人员则报告说,这些正在变绿的冻土带的灌木与树木的覆盖面积正在扩大。与典型的稀疏苔原相比,这些植被要浓密得多,意味着这些区域将逐渐变得暖和起来。亨利认为:“这种现象的出现与二氧化碳倍增的结果一样,受全球变暖的影响所致,其主要的影响就在于此。”
未曾发现的群山和遗留冰
地球上尚未被绘制的地区已所剩无几,而南极洲中部出现了从所未见的山脉。位于纽约的拉蒙特-多尔蒂地球观测站的地球物理学家罗宾·贝尔(RobinBell)说:“这座山脉与阿尔卑斯山一样大,它是南极冰盖的发源地之一。在稳定的南极中部很难想象会有山脉的出现。”
绘出这座被冰雪覆盖着的山脉将有助于科学家了解南极冰河的形成过程,以及今天的冰盖与其下的大地之间的互动情况。科学家已经发现,在南极冰盖的深处有着多个面积巨大的湖泊;然而,至今尚没有人能用模型说明它们的成因。
倘若不了解冰盖与地面互动的情况,所制作的模型也就无法精确预示在环境变化的情况下冰盖是如何活动的。鉴于这样的冰盖可能对全球洋面的上升带来可怕的影响,因此,更好地了解冰盖动力学就成了这次IPY的主要目标之一;而未曾勘测过的山脉就成了所有这一切的起始点。贝尔说:“在上一次的IGY活动期间,我们认为南极洲的冰盖宛如一个硕大的枕头,而今天我们却得出了一个完全不同的印象。”这一新的印象随着时间的推移将会再次发生变化。
极地居民
没有人能比伊努伊特人更有资格充当前往北极圈的向导,他们世世代代都在研究这个地区的“轮廓线”(在北极地区,海冰引导着猎人寻找生机,为他们提供追捕猎物的路线和躲避风暴的庇护)。设立了解与利用海冰(SIKU)项目的目的就是记录伊努伊特人亲眼目睹的海冰的变化情况,正如渥太华卡尔顿大学的人类学家克劳迪奥·阿波尔塔(Claudio Aporta)所说的那样:“海冰几乎成了他们的另一块土地。关于他们营地的记录年复一年地出现在那里,至今已有200多年的文字记载了。”
在伊努伊特人的帮助下,研究人员将构划出有关北极圈目前的状况。同时,通过老年人的口述与回忆,也有望掌握伊努伊特人对海冰的特殊理解。然后,再借助全球定位系统和遥感技术所记录的数据,就可能对海冰的基本特性及其变化有一个更深入的了解;而最终得出的结论也许对伊努伊特人有所帮助。
IPY留下宝贵财富极地不但处于气候变化的最前沿,诸如冰层的融化、永冻带的解冻以及气温的上升,而且它们也处于气候模式、全球洋流以及海洋食物链的最前沿。举例来说,当盛产于南极冰架下的磷虾作为蓝鲸那样的庞然大物的食物时,环绕南极洲的洋流将冰冷的海水输送到全球各地,进而影响了不同地区的洋流和气候。
随着IPY活动的深入,不仅加深了对地球两极的科学认知,也将为继续对其不确定的未来的了解留下一笔财富。这一活动对人类生活的影响同样不可忽视。此外,IPY还将为这个面临空前变化的地区留下一幅快照。正如卡尔逊所说的那样:“看来我们盯上了一个正在急速变化着的‘系统’。”