PDF《南极冰下湖的发现及其意义》

GVL (乔治五世 地);

HD (Hercules 冰穹);

OL (O ates 地);

RB (B 冰脊);

S (苏维埃茨卡亚站);

TA (Terre A dlie);

TAD (Talo s 冰穹);

T I D (T itan Ice 冰穹);

V (东方站);

WM (W hitemo re 山脉) F ig. 1. The locations of A ntarctic subglacial lakes(from Siegert et al. , 1996). 在所有已知的南极冰下湖中, 最重要和最令人感兴趣的是V o stok 湖, 该湖位于东南 极高原中央俄罗斯的V o stok 站附近. V o stok 湖最早是1974 ~ 1975年在东南极中部利用 航空无线电回波进行南极冰盖厚度调查时发现的, 当时还不能确定V o stok 湖的深度和 湖水性质, 估计面积大约10 000km

2 , 位于大约4km 厚的冰层下面 (Robin et al. , 1977).

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1 极地研究 第10卷?1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net R idley et al. (1993) 分析了欧洲遥感卫星(ER S21) 雷达测高仪获得的南极冰盖高精度高 程数据, 独立地得出了V o stok 湖的面积, 证实了该湖是已知冰下湖中最大的一个, 它比 其它湖大一个量级. Kap itsa et al. (1996) 再次分析了最新的卫星测高仪数据、 无线电回 波探测数据, 以及现有的人工地震资料. 根据最新的高程数据得出的表面坡度变化, 确定 了新的冰下湖边界, 并与无线电回波探测确定的边界误差小于5km (即惯性导航产生的飞 机位置的最大误差). 重新研究了1959 ~ 1960年获得的地震资料, 得出该湖最深达510m , 湖床位于海平面以下710m. V o stok 湖平均水深为125m 或更深些, 估计总体积为 1800km

3 . 湖底地形与断裂谷地, 特别是与冰退后的西伯利亚的贝尔加湖相似.

2 冰下湖的成因 在酷寒的南极冰盖底部存在大量的液态水体, 究其形成原因, 地热流是其中最重要的 因素. 众所周知, 在地球表面到处都存在地热流, 其值约在40 ~ 90mW m

2 之间 (Stacey, 1977). 地热流从下面加热冰盖底床, 而数千米厚的冰层, 作为良好的热绝缘体, 使底部免 受上部极端低温的影响. 底部冰温上升到压融点并使剩余的热量(另一来源是滑动等产生 的热量) 用于融化冰层, 出现液态水. 例如, 根据V o stok 湖冰盖表面积累率为2.

7 g (cm

2 a)、 冰厚度为3700m 及地热通量约为50mW m

2 , 由稳定状态理论(Robin, 1955;

Paterson, 1994) 可以预测冰盖底部的融化速率约为1mm a (Kap itsa et al. , 1996) , 日积月累便形成 了巨大的V o stok 冰下湖. 实际上, 南极冰盖底部的温度状况很复杂, 并受众多因素的影响, 包括冰盖厚度、 冰盖 表面温度和积累率、 冰的水平运动产生的热量传输、 底部热力梯度(为地热流和底部滑动 产生的热量总和) , 以及冰的内部变形产生的热量等(Siegert and Dow desw ell, 1996). Budd and Jenssen (1989) 和Huybrechts(1992) 都曾用三维热力学冰盖模型计算南极 冰盖底部的温度分布. 在设定地热通量约为55mW m

2 时, 得出了南极冰盖部分地区会出 现压融点. Siegert et al. (1996) 应用 Robin 型稳定状态热力学模型(Robin, 1955) 分析了 已知的77个冰下湖上冰盖底部的理论温度值. 结果显示, 当地热通量设定为54 mW m

2 时, 超过70% 的南极冰下湖的冰盖底部处于压融点. 这些湖泊主要位于Dom e C,B 冰脊和 V o stok 站. 而远离分冰岭数百公里的冰下湖上的冰层, 由于垂向运动造成的热量损失较 大. 在这些地区, 如果冰盖底部要达到压融点, 垂向运动的热量损失必须由其它热量来源 给予补偿. 例如, 位于 Terre A deli 和乔治五世地的三个冰下湖, 要使冰盖底部达到压融 点, 计算出的底部温度梯度要比设定的地热通量 (54 mW m