《自然》聚焦极地研究未来走势

德国南极考察站——诺伊迈尔三号站附近出现极光。

南极洲 ——这个词让人们联想到矗立高耸的冰川、点缀着冰山的“凶猛”海洋以及其他地方看不到的动物。这块大陆包含1/10的地球陆地面积、近90%的冰川以及约70%的淡水。这里周围的海洋支撑了巴塔哥尼亚齿鱼和磷虾捕捞业，同时也对调节气候和二氧化碳捕获极为重要。

《自然》杂志撰文称，目前，南极科学家正在解密地球气候、研究冰下的湖泊和山脉、探索深海以及发现生命和宇宙的起源。但这片冰雪大陆也在经受无情的改变。冰雪消弭、洋流变化和臭氧层恢复等局部变化也带来了全球影响，深刻改变了气候、海平面、生物多样性和社会。

2014年4月，南极研究科学委员会（SCAR）召集了来自22个国家的75位科学家和政策制定者，通过了未来20年甚至更久的南极研究优先项目。这是南极研究国际协会首次通过讨论、辩论和投票制定出集体意见。最终，SCAR从数百个科学问题中筛选出80个最为紧迫的议题。

日前，SCAR副主席、美国得克萨斯州农工大学海洋学荣誉教授Mahlon C. Kennicutt及同事总结出若干首要科学主题，并概括了研究人员和政府必须采取的步骤以实现相关目标。稳定的资金以及接近和保护这片大陆将存在更大的国际合作必要性。

6项议题

“所有的问题被归为6个议题。”研究合作者、澳大利亚莫纳什大学生物科学教授Steven L. Chown说，“要充分发挥南极科学潜力，我们需要做到以下几点。”

定义南极大气和南部海洋的全球影响力。Kennicutt指出，南极大气变化能改变地球的能源收支、温度梯度和空气化学及流通。但有关这些过程背后的秘密，人们尚未得知。大气、海洋和冰川间的相互作用如何控制气候变化率？极地气候变化如何影响热带海洋和季风？正在恢复的臭氧空洞和不断上升的温室气体浓度如何影响局部和全球大气环流和气候？

南极洋在地球系统中起到重要作用。它连接起全球海洋，形成了全球洋流系统，将空气中的热量和二氧化碳运输到深海。但是，由于二氧化碳的溶解，这片海洋正变得更酸，寒冷的南部海域将首先表现出其所受到的影响。气候变化将如何改变海洋吸收热量和二氧化碳的能力以及支持海洋生产力？

海冰能够反射和过滤日光。它能调节海洋和大气间的热、动力和气体交换。而海冰形成和融化决定表层海水的含盐量，影响它们的密度和冰点。美国科罗拉多大学大气和海洋学部的John J. Cassano提到，人们需要知道哪些因素控制南极海冰的季节性、分布和体积。

了解冰川消弭的方式、地点和原因。南极冰原包含约2650万立方米的冰，如果融化，足以将全球海平面升高60米。在稳定了数千年后，南极海冰目前正在加速融化。海冰融化的影响是什么？但厚冰下的水体几乎未被取样，而且它们对冰流的影响尚不清楚。

揭示南极洲历史。收集自该大陆边缘的岩石记录显示，南极洲与温暖世界存在明显不同。但是取自该大陆核心和海洋周围的岩石样本较少。Chown提到，人们对南极地壳和地幔的结构以及其如何影响这块超级大陆的创建和分离了解很少。“我们需要更多的冰、岩石和沉积物，以探明是否注定要重复过去的气候状态。”

了解南极生命进化和延续。长期以来，人们认为南极生态系统是年轻、简单、物种单一以及处于隔离状态的。但在过去10年间，一幅完全不同的景象展现在人们面前。海生蠕虫和甲壳类动物等一些分类群具有高度多样性，并与该大陆、邻近岛屿和深海中的物种联系比想象中更密切。

观测空间和宇宙。干燥、寒冷和稳定的南极大气为观测宇宙创造出最好的条件。南极冰下湖泊能模拟木星和土星寒冷卫星的条件，收集自该大陆的陨石则揭示了太阳系形成等的信息。

识别和减少人类影响。有效管理南极大陆需要预测人类活动及影响。国家和人类影响必须被清除。目前政策在控制进入方面有效性如何？人类和病原体如何影响和适应这里的环境？

环境挑战

新西兰坎特伯雷大学Daniela Liggett指出，要回答这些问题需要持续、稳定的经费；在1年中进入南极洲各个区域；使用新兴技术；加强对该地区的保护；增加国际合作以及提高各利益集团间的沟通。南极项目极易受到资金不确定性和中断的影响。

去年，由于政府“关门”，美国的南极项目遭遇推迟、取消或削减规模。经济下滑、高燃料价格以及对搜寻和营救任务的注意，也对南极科考项目产生影响。经费不足让数十年期的项目难以维持。

项目延迟和错失科考季节会留下缺口：缺失1年的数据对冰架研究和生物多样性监控等影响巨大。面对这些不确定性和障碍，一些南极研究人员最终选择离开这一领域。新一代研究人员的招募和延续也岌岌可危。

这片大陆，能用于科研的站点十分有限，大部分地区和南部海洋尚未开发，并且每年只有数月适合科考。Liggett表示，研究人员需要开发自动驾驶车辆和观测台，以便到达冰架下方、深海等难以到达的区域。小型传感器需要能年复一年地收集和传输数据。

另外，研究人员指出，扩展南极研究还需要依靠卫星传感器和飞机地球物理调查。而先进生物地球化学和生物学传感器对建立区域性模式将十分重要。能处理海量基因组和生物多样性信息的数据库也十分重要。“未来数据库需要远距离高速和大容量通讯。”澳大利亚南极气候和生态系统合作研究中心的Rob Massom说。

南极已经被视为维护国家利益的区域。在过去10年中，比利时、中国、捷克、印度和韩国纷纷建设新考察站，德国、英国和美国等国也开始更换老旧设备。但来自许多国家的科学仍无法进入这片神秘大陆。

共同协作

英国南极调查局的Lloyd S. Peck提到，要以最小的人类足迹换来最大的科学回报，将是各方共同的目标。协调国际努力，吸引不同利益相关者将非常重要。

《自然》认为，参与南极考察的国家是时候接受新的合作精神，就像《南极条约》创立者所信奉的那样——行动起来。“更广阔的国际合作关系、更加调和的科学和公共资金，以及拓宽知识共享等都是基本要素。”英国剑桥大学的William J. Sutherland说。作为一个跨学科科学团体，SCAR将帮助和鼓励研究合作，并为合作项目出谋划策，同时推动知识共享以及向政策制定者及公众宣传南极研究理念。

目前，致力于管理该地区的《南极条约》体系正在经受环境压力和经济利益的考验。海洋保护区的建立、国际旅游监管、评估环境破坏处罚和调整生物勘探等问题都难以处理。提出针对南极环境管理的整体策略迫在眉睫。

Sutherland 及同事在文章中提到：“我们希望《南极条约》和环境保护委员会能在决策中扩展对科学证据的使用——开发和使用最先进的保护措施判断具体成果。”

另外，向公众传播南极洲全球价值也应被列为优先事项。相关叙述必须更好地解释该地区如何影响人们的日常生活以及如何被其影响。臭氧空洞恢复等成功案例也能激发人们对改变行为对南极洲有利的信心。

南极科学具有全球重要性。南极各团体需要协同行动，以解决更加紧迫的议题。