南極大陸是人類歷史上最晚發現的一塊陸地,總面積1400萬平方公裡,幾乎全部被冰雪所覆蓋,平均冰層厚度2500米,最厚處達4000多米。南極冰蓋包含的冰川水量,相當於地球上冰川總量的80%以上。而關於南極冰蓋以下到底是什麼樣的環境,一直以來都是科學家們感興趣的研究領域。
南極洲的形成歷史
根據德國物理學家魏格納提出的地球漂移說理論,地球在距今40多億年前形成原始海洋之時,只有一塊整體的大陸,由於組成的這塊「聯合古陸」的組成物質密度要小於海洋板塊的地殼物質密度,因此看上去就像漂浮在海洋之上。這塊大陸面積十分巨大,無時無刻不再受到地球自轉離心力、月球和太陽對地球海洋的潮汐力影響,因此整塊的大陸一直以來都具有分裂的趨勢。
據後來的科學家們進一步研究發現,南極洲目前所在的位置,一開始並沒有任何陸地存在。而現在的南極洲的大部分陸地,在3-5億年之前應該還是「聯合古陸」的一部分,此後隨著古陸的分離,其中分離出來的一大塊陸地,包含了現在的非洲、南美洲和南極洲的大部分,被稱為「古岡瓦那大陸」。而在1.2億年前的侏羅紀中期,古岡瓦那大陸又繼續分離出3個部分,分別向3個方向緩慢飄移,其中南極洲的主體大陸一直向著南極點的方向靠近,一直持續到約3000多萬年前,才移動了現在南極洲的位置。
而之所以大陸的漂移速率有越來越快的趨勢,主要是由於大陸板塊漂移的內外合力加大有關,除了剛才所說的由於引力和旋轉原因造成的巨大離心力和潮汐力以外,其地球內部產生的板塊漂移催化作用也越來越明顯。由於地球不同區域地殼的組成成分略有差異,而且大陸和大洋地殼的密度不同,在板塊與板塊相接處是地殼相對最薄弱的地方,而且海洋地殼相對陸地來說普遍要薄很多,來自上地幔熔融態物質往往會從大洋中脊流出,遇冷的海水凝固形成新的大洋地殼,然後推動舊的地殼向兩側移動,在軟流層的運動加持下,地球各個板塊就會發生相應的水平運動。
以上關於南極洲的演變歷史,可以從非洲、南美洲、南極洲的地質構造、沿海區域的海岸線、煤炭資源分布、一些古生物化石的相似性或者相容性得到一定的驗證。
南極冰層下面發現的生命
其實在南極大陸漂移到目前位置之前,所處的區位氣候也是比較溫暖溼潤的,這從南極洲冰層之下勘探出的煤炭就可以得到佐證。只不過,隨著南極大陸的逐漸南遷,溫度逐漸下降,氣候日益惡劣,大片冰川逐漸覆蓋了南極大陸,很多物種在漂移過程中相繼滅絕。
在上世紀60年代,蘇聯地理學家卡皮查在乘坐飛機經過南極洲時,發現一塊大面積的平坦區域,認為冰層下面可能存在巨大湖泊,這是科學家們第一次提出這樣的觀點。後來又經過了10多年,英國科學家在此進行冰層厚度檢測實驗時,發現冰層之下4000米的巨大區域相關數據顯示異常狀態,可能存在著面積很大的冰下湖泊。1996年時,這裡存在湖泊的猜測終於得到證實,科學家們通過衛星測量和透冰雷達的綜合應用,在俄羅斯東方站的下面,發現了一個面積與安大略湖相近、平均深度500米左右的巨大湖泊,人們將這個湖泊命名為沃斯託克湖。
此後,科學家們又通過相應的探測和研究分析,相繼在南極冰蓋下面發現了400個地下湖泊,比較有名的有惠蘭斯湖、埃爾斯沃思湖、東方湖、默瑟湖等。對於這400多個地下湖泊,科學家們在其中的若干湖泊中,通過鑽探冰層的方式,取出了其中的水樣進行分析,結果令人大吃一驚,在幾乎與世隔絕的水中,竟然發現含有不同種類的生命體存在!
在距離冰面3400米的沃斯託克湖水樣中,檢測發現出3507個基因序列,經研究其中94%來源於細菌、6%來源於真核生物。通過進一步的深入研究,科學家們認為,沃斯託克湖中,可能含有複雜的生物系統,其中含有細菌、真菌和原生生物,或者更為複雜的軟體動物的可能性很大。在距離冰面800米的惠蘭斯湖水樣中,每毫升湖水中含有13萬個細胞結構,並且通過DNA測序,發現含有3931種細菌和古細菌。在距離冰面700多米的羅斯冰架基線附近,通過穿過用熱水鑽的打的孔洞,水下機器人拍攝到了水下的畫面,竟然發現了20多條半透明的魚、以及一些紅色的甲殼類生物。雖然鑽探的這個區域為陸上冰蓋向海洋延伸的部分,並不是地下冰湖,但是相對封閉的地下環境,也使這個由冰體流入的區域被圍成了一個「內海」,這裡的生態系統幾乎完全與外界海洋隔離開來。南極冰層之下發現生命的啟示
南極大陸冰層之下,由於承受著巨大冰蓋所帶來的壓力,這裡的水體中的壓力,將會比正常情況下地表之中的水壓大上幾十甚至幾百倍,而且氧氣、氮氣的濃度也因巨大的壓力形成了過飽和的狀態。而且這裡受冰層的阻擋,陽光不可能照射進來,外界能量的輸入量極小,非常不利於生物的生存和繁衍,生態系統的運行也勢必處於非常緩慢的「低速」運轉之中。不過,從南極大陸巨大的冰蓋之下能夠發現生命,雖然以低等級的生命體為主,但也給了我們不少的啟示。
地球的幸運。地球相對於宇宙來說,是一個「幸運兒」,眾多適合生命誕生的條件完美地組合在了一起,使地球上形成了形形色色的生命形態,組成了一個個或簡單或複雜的生態系統。生命力的頑強。無論地球環境條件如何,都有生命體相應的生存策略。無論是恐怖漆黑的海底、炙熱的火山口周圍,還是炎熱乾旱的沙漠、巨在冰蓋之下的南極湖泊,都能夠或多或少地發現生命體的蹤跡,不得不佩服生命的神奇和生命力的強大。生命進化依賴於環境。在一個開放型的生態系統中,處於不同生態位的生物,其進化途徑會因為自然環境的多變性、能級承載對象的複雜性以及自身基因突變的選擇性,使得進化樹上的變化多姿多彩,形成了眾多分支,演化為多種多樣的生物世界。而像南極冰下湖泊的生命體,如果處在一個相對狹小和封閉的環境中,那麼,無論是從能量的獲取、物質的輸入和循環方面,都需要以更加有效的新陳代謝方式、更加適宜能量聚集和利用的方式,來推動形成生命體的相應形態、結構和種群,與開放型的生態系統會形成截然不同的生態系統結構和功能。必須敬畏生命。地球上每個生物體的生命,都來之不易,要更加牢固樹立尊重自然、敬畏生命的意識,積極倡導和實踐人與自然和諧共生,用心去聆聽大自然的聲音。總結一下
南極冰下湖泊發現生命體,既讓我們吃驚,其實細想起來也不出意料,地球本來就是一個由眾多生命體構成的多彩世界,是一個非常適合生命體存在的宜居星球,生命力的頑強、生物進化的能力,絕對超出我們的想像。從目前來看,我們對地球包括地球生命的認知還處在一個比較低級的層面,還有更多需要深入研究和破解的難題和疑惑等待著我們,這其實也是科學的力量,推動科學前行的力量。
最後再說一句,其實我不希望人類對南極洲再進行上述那樣的勘測,即使再做很完美的保護措施,也會對南極冰蓋包括整個生態系統造成難以想像的傷害。