這顆星球上 再沒有比南極更特別的土地了
1959年,美蘇英法等國經過反覆磋商終於在華盛頓達成一致,凍結對南極的一切領土要求,禁止在南極進行任何軍事活動,這便是著名的《南極條約》
(南極條約組織的旗幟)
條約最大限度地將人類的貪婪限制在南極以外,使得南極成爲這顆星球上最純淨的冰雪世界
(南極視角的地球,圖片源自@Photographer's Choice/VCG)
冰雪之中,是完全不同於人類文明的另一種繁榮,包括全球最爲獨特的生態系統,全球數量最多、繁衍最成功的動物,它們在極爲荒蕪冷酷的自然條件下生生不息
一切都需要從南極的形成說起,那是一場持續3000多萬年的“風”“流”往事
Ⅰ風流雙煞
2億多年前,地球上的陸地主要由兩部分構成,勞亞古陸盤踞北半球
今天的南極、非洲、南美、印度等地則連成一片,共同構成了南方大陸、岡瓦納古陸(Gondwana)
雖然同樣位於高緯度地區,但此時的南極遠沒有今天這般寒冷,蕨類、蘇鐵等植物生長茂盛,森林綿延、鬱鬱蔥蔥,各種古獸繁衍其間,物種昌盛、萬象更新
(2億年前南極大陸上的代表性動物水龍獸及其生存環境復原,它身長從0.6米到2.5米不等,上下頜前端可能有喙狀嘴,用來切碎植物,兩顆長牙是其顯著標志,圖片源自@National Geographic/VCG)
如若照此發展,也許我們今天看到的南極與歐亞大陸並不會有太大的差別。但是,1億多年前關鍵性的轉折出現了,岡瓦納古陸開始分裂,非洲、澳大利亞等陸塊紛紛向北漂移,印度次大陸更是如箭離弦般向歐亞大陸飛速撞去,只有南極陸塊孤零零地留在極地
(1.4億年前至今的板塊運動示意圖,視頻製作@Christopher Scotese)
當時間到了3400萬年前,南美洲與南極陸塊的最後連接,也被板塊運動的洪荒之力無情切斷
海水噴涌而入,形成了寬達900千米的德雷克海峽(Drake Passage)兩個大陸隔海峽相望,努力勾連的“手指”依依不捨
(德雷克海峽,製圖@張靖/星球研究所,底圖源自@NASA)
於是,一個以南極點爲中心四面環海、孤立於其他大陸的南極大陸誕生了
(以南極大陸爲中心地圖,採用皮爾斯梅花投影法制作,可以更好地展現南極與其他大陸的關係,同心閉合的白色曲線是緯線,其它是經線,製圖@Daniel R. Strebe/維基百科)
(南極大陸與中國面積對比,製圖@趙雲鵬/星球研究所)
大陸四周沒有其他陸地、山嶽的阻隔,海面上無遮無攔,“風”率先降臨,它自西向東環繞南極一週,風力時常高達7級以上,人稱咆哮西風帶(Roaring Fifties/Screaming Sixties)
(咆哮西風帶,源自@Matt Owens/NOAA;西風帶的形成與地球自西向東的自轉等因素有關,南極與其他大陸的分離極大加強了風勢)
強風吹動海面,形成海浪,海浪又帶動深層海水形成更強大的洋流,洋流環繞南極同樣無遮無攔,流速越來越快,規模也越來越大,最終形成了一個寬600-2000千米,深達2-4千米的超級洋流南極繞極流(Antarctic Circumpolar Current)
這是世界上最大的洋流系統,流量超過全球所有河流總徑流量的100倍
(南極繞極流,視頻源自@NASA;南極繞極流不同位置的流量有差異,此處以德雷克海峽爲準計算;南極繞極流的形成原因還包括地球自轉)
現在,“風流雙煞”皆已登場,狹窄的德雷克海峽上風雷滾滾、海浪洶洶,成爲企圖進入南極者的噩夢
(正在通過德雷克海峽的船隻,圖片源自@VCG)
更重要的是“風流雙煞”形成了兩大屏障,將整個南極包裹起來,來自北方的暖流難以進入,內部的寒流亦難外散,內外熱量交換受阻,南極大陸幾乎被“封印”其中
(南極大陸被“封印”示意圖,製圖@趙雲鵬/星球研究所)
當一片大陸被“封印”,會造成怎樣的後果呢?
Ⅱ冷酷末日
後果就是,對原本生活在南極大陸上的生命來說,末日降臨了,首先是冷,與沒有被“封印”的北極相比
無論最低溫還是年平均氣溫,南極都要冷20度左右,2013年記錄的最低溫甚至達到-93.2°C,爲地球之”冷極“
至冷之中,冰雪紛紛飄落,高山上發育出巨大的冰川,將南極的山峰切割得尖削凌厲。
(埃爾斯沃思山脈羣山,其中文森峰海拔4892米,是南極洲最高峰,圖片源自@National Geographic/VCG)
當冰雪堆積超過千萬年,南極98%的陸地都被巨大的冰川所籠罩,稱爲冰蓋(Ice Sheet)
(南極冰蓋,根據衛星圖像合成,冰蓋反射陽光,呈現出一種激動人心的珍珠光澤,圖片源自@NASA)
原本高聳的山峰,只能露出尖尖的山頂,有如白色海洋上的小島名爲冰原島峰(Nunatak)
(瑟斯頓島上的冰原島峰,圖片源自@NASA/John Sonntag)
就連那些燥動不安的火山,也不能倖免
(從太空拍攝的南極火山羣,下方火山口最突出者爲西德利火山,海拔4285米,是南極洲海拔最高的火山;照片上看似狹小的火山口,實際寬度超過5千米;圖片源自@NASA)
南極大冰蓋集中了全球70%的淡水,如果融化足以令全球海平面上升60餘米,中國沿海及華北平原都將澤國一片,冰蓋平均厚度高達2300米,最厚之處可以達到4700米,相當於將3個泰山海拔的冰雪疊加,巨大的重量壓迫陸地下陷,甚至嚴重低於海平面。
(去除冰川后的南極陸地示意圖,一半在海平面以下,圖片源自@NASA)
另一方面,南極冰蓋如同一頂中間高、四周低的帽子,帽頂的空氣因受冷而密度增大,沿着帽子的斜面急劇下滑形成下降風(Katabatic wind)
(下降風形成示意圖,製圖@張靖/星球研究所)
下降風捲起地表的雪粒遮天蔽日,目前地球上已知最大的風速便在南極,是名副其實的“風極”
(一位科研人員正在南極維加島的風暴中行進,圖片源自@VCG)
下降風肆虐迅猛,所到之處物毀土崩,它呼嘯着抵達海岸,橫掃大洋
(飛機拍攝的南極菲爾克納冰架附近海面,下降風吹動積雪在海面上留下了清晰的痕跡,攝影師@Linette Boisvert/NASA)
海洋也跌入酷寒之中,表面的海水被凍結成冰,從太空俯瞰,白色的海冰正向四面八方擴展,似乎要讓藍色星球換改天換地
(2015年9月21日的南極海冰範圍,圖片源自@VCG)
這些海冰厚達2米,陳年的冰層更是能達到5米,它們互相擠壓摩擦,嘎嘎作響,即便最強大的破冰船也只能擇機而行
(一艘美國破冰船行駛在南極海面,圖片源自@VCG)
寒冷、冰雪、大風,曾經生機勃勃的動植物,包括陸生動物、大多數魚類都走向了滅絕,南極已經徹底由綠色天地轉變爲萬物肅殺的冷酷世界,生命就這樣結束了嗎?
(喙嘴翼龍化石,曾於1億多年前生活於南極,圖片源自@M0tty/維基百科)
當然不是,因爲一場全新的生命大戲正在冷酷中孕育
Ⅲ 冰雪生機
南極冰蓋並非靜止不動,而是會從高處向低處流動,形成冰流
(南極冰流示意,視頻源自@NASA)
當冰流到達海岸,會在海岸邊矗立起巨大的“冰牆”
(帆船與海岸“冰牆”,攝影師@週三哥)
冰流繼續向前,延伸至海面之上便會形成冰架(Ice Shelf)
冰架斷裂,在海面上四處漂浮是爲冰山(Iceberg)
(冰架冰山形成示意圖,製圖@趙雲鵬&蘭澤玉/星球研究所;冰山由陸地上的冰川形成,而海冰由海水直接凍結形成)
南極大陸邊緣74%的海域都被冰架覆蓋
(2004年3月拍攝的拉森冰架,攝影師@Jim Ross/NASA)
從海面望去有如一條連綿不絕的冰雪長城
當這種冰架的前緣斷裂所形成的冰山往往呈現桌狀
(南極桌狀冰山,圖片源自@VCG)
可以高達數百米
(注意冰面上的企鵝,圖片源自@VCG)
在海浪、狂風的不斷侵蝕下,變得形態萬千
(請將手機橫屏觀看,圖片源自@Michael Leggero/VCG)
然而無論冰山多麼巨大,在大洋的洶涌波濤之下都難逃分崩離析的命運,大量的冰架、冰山不斷融化爲大洋帶來富含氧氣的冷水,再加上劇烈的洋流,將海洋深層的營養物質攪動到海面,冰架、冰山周圍
形成了氧氣與營養物質都極大豐富的海流,一衆生命紛紛登上舞臺,但它們又該如何抵抗無情的嚴寒呢?
(上升流和下降流示意圖,製圖@張靖/星球研究所;相比之下,北極海域的營養物質不如南極豐富,赤道海域則是氧含量低於南極;冰山融水帶來的鐵元素也是生命繁衍的關鍵,具體可參見“鐵限制假說”)
①首先登場的是
(硅藻,圖片源自@NASA)
就是這樣小小的生命,憑藉着異常豐富的種羣,將海水、浮冰“染”成綠色
(海水因充滿藻類而呈現綠色,圖片源自@NOAA)
②緊接着
以藻類爲食的南極磷蝦登場爲了度過漫長而寒冷的冬季,它們能夠忍受超過200天的飢餓,甚至會出現負生長,所以通常2-3年也不過長到5釐米左右
(南極磷蝦,圖片源自@維基百科)
然而就是超強的忍耐力,讓這個不起眼的小生命,成爲這顆星球上數量最大,繁衍最成功的動物之一。保守估計總量在5億噸以上,相比之外,人類的總體重也才4億多噸
它們喜歡集羣活動,找到食物的個體會把信息轉告其他個體,然後一擁而上集體搶食,每立方水體可以聚集幾千到數萬條,之後又在洋流和浮冰的驅動下,流雲般地來去無蹤
(太平洋磷蝦羣,謹供參考,圖片源自@VCG)
③如此巨大的磷蝦種羣
形成整個南極生態系統的基石,可以支撐的生物鏈遠遠超過人們的想象
魚類便是其中之一,最具代表性的是南極冰魚,它極強的“抗凍”能力,源於循環系統中的一種糖蛋白,可以有效防止血液凍結,類似於人類在汽車中使用的防凍劑
(一種南極冰魚,圖片源自@Marrabbio2/維基百科)
因爲南極海域富含氧氣,有的南極冰魚還在演化中乾脆丟掉了運送氧氣的血紅蛋白,從而使得血液呈現爲白色
(一種小型南極冰魚,呈現透明狀,圖片源自@Uwe kils/維基百科)
④鳥類也在南極洲大陸邊緣以及周邊島嶼上繁衍起來,數量多達2億隻
(信天翁,攝影師@林中響箭)
它們在南極海域的風浪中博擊,以南極磷蝦、魚類、烏賊等爲食
(灰背信天翁,攝影師@PETER)
身形優雅的漂泊信天翁尤其惹人矚目,它的翼展可以長達3.7米,是現存翼展最長的鳥類
(漂泊信天翁,圖片源自@澳大利亞南極事務部)
不過,真正大紅大紫的鳥類並非信天翁而是早已失去飛翔能力的企鵝
數千萬年前,企鵝的祖先放棄了天空,它們專注於游泳,以便在大洋中獲得更多的磷蝦、魚類等食物,在它們光滑的羽毛內保留一層空氣層,既可以增加浮力,也有助於隔絕南極冰冷的海水
耳朵、腳等部位則變得更小,以減少熱量流失。
(3700萬年前的巨企鵝與人類、現在的帝企鵝對比,製圖@張靖/星球研究所)
如今,企鵝家族已多達19種,其中居住在南極、亞南極區域的共有8種
(請將手機橫屏觀看;企鵝家族圖譜,目前種數仍有爭議,製圖@張靖/星球研究所)
從紳士般的王企鵝
(王企鵝,比帝企鵝稍矮,但顏色更鮮豔、嘴部更長,耳後還有個橘紅色的封閉斑紋,圖片源自@VCG)
到“渾身是戲”的帽帶企鵝
(帽帶企鵝,攝影師@汗斯)
再到紅嘴的金圖企鵝
(金圖企鵝,攝影師@陳小琳)
而高大、堅毅的帝企鵝,則最有最強的抗寒能力,它擁有所有企鵝中最大的體重,減少了相對錶面積和熱量損失,帝企鵝還能夠控制血液流向四肢,防止肢體凍結
(帝企鵝,圖片源自@VCG)
而通過抱團取暖,更是可以在零下數十度的低溫環境中,讓體溫上升到38°C,同時它們還會不斷變換位置,以確保每隻帝企鵝都有機會進入最溫暖的中心區域
(抱團取暖的帝企鵝幼崽,圖片源自@VCG)
⑤大型的海洋哺乳動物也繁盛起來
海豹、海獅、海象以厚厚的皮毛著稱,具有極佳的禦寒、防水性能,其中,有着細小耳朵的海狗,是海獅科的一個亞科
(海狗,圖片源自@VCG)
體型臃腫的象海豹,雄性體長可達6.5米,體重約4噸,“青春年少”便已經是一個大胖子
(象海豹幼崽,圖片源自@VCG)
喜歡鑿洞的威德爾海豹,經常從冰洞中伸出小而圓的腦袋,盡情呼吸
(威德爾海豹,圖片源自@VCG)
胃口巨大的鯨魚,也時常在南極海域出沒,從喜食磷蝦、重達200噸的藍鯨
到常以優美姿勢躍出水面的座頭鯨,再到頂級掠食者虎鯨,它們擁有厚厚的脂肪層,可以提供足夠禦寒的能量。
(座頭鯨,圖片源自@VCG)
就這樣,“風流雙煞”封印了南極,卻又創造出了獨特的生態系統,從單細胞的硅藻到成羣的磷蝦,從優雅的信天翁到最引人矚目的企鵝,從種類衆多的海豹到上百噸重的巨鯨,萬物競發、生機勃勃