吴军:探索冰穹的奥秘——中国南极北极考察
发布时间:2015-06-04 15:25:53      

吴军,1986年毕业于武汉水运工程学院船舶动力工程系;曾主持并参与了当时中国唯一极地考察破冰船“雪龙”号船购置的立项、实施及两次改装工作,主持并参与了中国南极中山站、内陆昆仑站、长城站扩建项目的立项、可行性研究和初步设计方案的制定,主持并参与了中国北极黄河站建设项目的立项和实施工作,主持了南北极环境综合考察及其资源潜力评估专项的立项工作;时任国家海洋局极地考察办公室副主任、高级工程师。 

 

大家好!我很荣幸能有机会回到母校。今天我给大家介绍五个方面的情况:一是南极概况;二是我国进行南极考察的一些工作;三是北极概况;四是我国进行北极考察的情况;五是我国新型极地考察船的情况。

地球有南极和北极。南极是冰雪覆盖的大陆,周围是海洋;北极是冰雪覆盖的海洋,环北极有8个国家。南极洲原是古冈瓦纳大陆的核心部分,它包括南极洲、南美洲、非洲、马达加斯加、澳大利亚、新西兰和亚洲的中南半岛。大约在1.7亿年前,大陆发生了裂变,出现了由南美洲和非洲组成的西冈瓦纳大陆,它包括南美洲、澳大利亚、新西兰以及中南半岛的东冈瓦纳大陆。大约在1.36亿年前,西纲瓦纳大陆分裂形成了非洲板块与南美板块。同时,中南半岛也分裂出来,形成东纲瓦纳大陆。大约在53005500万年前,澳大利亚和新西兰与南极洲分离。大约2000万年前,南美洲与南极半岛分离。我们现在看到的南极大陆在地理上就完全独立了。

南极主要指南极圈,南纬6633分以南的地区。南极大陆的总面积为1400万平方公里,相当于中国陆地面积的1.5倍。它的平均海拔为2350米,是地球上最高的大陆。南极大陆98%以上常年被冰雪覆盖,冰盖的厚度达2450米。大陆周围的海洋上有许多高大的冰障冰山。全洲仅2%的土地无长年冰雪覆盖,被称为南极冰原的绿洲。南极大陆周围被太平洋、大西洋、印度洋三大洋包围,总称为南大洋。横贯南极的山脉将南极大陆分东南极和西南极。中国在南极有三个科学考察站------长城站在东南极,中山站在西南极,昆仑站在南极冰盖的最高点。南极大陆的年平均气温为-28℃,是地球上最寒冷的大陆。南极大陆经常会出现极昼和极夜的现象。极昼是指一天24小时都是白天,极夜是指一天24小时都是黑夜。在南纬45度到南纬66度之间的地区是西风带,这一地区的气候比较恶劣,风很大,浪很高,想到达南极必须穿过西风带。武汉理工大学有航运学院,将来有同学成为远洋船船员在海上航行的时候,就可能路过这个地带。地球上98%的冰雪在南极,72%的淡水也都在南极。南极素有寒极、风极和旱极之称。迄今为止,地球上观测到的南极最低气温为摄氏-89.6,这是19837月俄罗斯在南极设立的东方站记录到的。南极不仅是世界最冷的地方,也是世界上风力最大的地区。法国迪尔维尔站曾观测到风速达100/秒的飓风,这相当于12级台风的3倍,是迄今世界上记录到的最大风速。大家知道,台风一般也只能达到33/秒,南极的风速却是台风的三倍。南极既是寒极也是旱极,单从降水量来看,南极大陆年平均降水量只有55mm,比世界上最大的沙漠——撒哈拉沙漠的年平均降水量还要低。

南极地区蕴藏有丰富的资源。这里的动物主要有鲸、海豹和企鹅。南极洲的许多岛上也有其他种类的鸟,例如雪鸟、信天翁、海鸥等。南极地区还有一些不会飞的昆虫。南极海洋里磷虾的量很大,磷虾是食物链底层的生物,以浮游植物为食,因此为许多食物链高层的动物提供了食物来源,也使南极的生物更多样化。南大洋中蕴藏有15亿吨的磷虾资源,是地球上海洋生物资源量最丰富的地区。另外,南极还有许多植物,南极地表有20%不是常年覆盖着冰雪,在夏季会有一些植物生长,最典型的是地衣,地衣的生长十分缓慢,100年才能生长1mm。南极地区的矿产资源极为丰富,例如,南极地区的石油存量约2000亿桶。除此之外,南极地下还蕴藏着极为丰富的金属矿物和煤铁矿物。

下面讲一下南极探险的历史。南极位于地球最南边,所以它是唯一没有土著居民的大陆,是地球上最后才被发现的一个大洲。它的自然条件非常恶劣,周围都是海洋,所以远离大陆,难以靠近。直到十五世纪后半叶,随着造船技术、航海技术的发展,欧洲一些老牌资本主义国家开始向海外扩张,寻找海外殖民地,开始了南极探险,拉开了南极考察的序幕。南极考察的历史,按其重大历史事件大致分为四个时代,即:发现时代、英雄时代、航空时代和科学时代。发现时代是从1772年至1900年。发现时代最著名的代表人物是英国船长詹姆斯·库克,美国的纳撒尼尔·帕尔默,法国的迪蒙·迪尔维尔,还有挪威的埃格伯特·博克格雷温克领导的10人探险队都曾进入南极圈发现过南极大陆。这些人的名字此后就留在了南极,很多考察站的名字都是以这些人的名字来命名的。第二个叫英雄时代。英雄时代是从1901年至1927年,探险家们的注意力开始转向南极点。19111214日,挪威人罗阿尔·阿蒙森率领的挪威探险队第一次徒步到达南极点。1912年的118日,斯科特率领的英国探险队也到达南极点,当他到达以后,看到阿蒙森留下的痕迹,他知道自己不是第一个到南极点的人,十分懊恼和后悔。探险队在返回途中遇到暴风雪,由于饥饿、疲劳和寒冷的侵袭,斯科特及其4名伙伴先后丧生。在此期间,亚洲最早探索南极的国家是日本。一个叫白濑矗的船长,率领着船队到达过南极。航空时代从1928年至1956年,在此期间飞机应用于南极考察,标志着南极航空时代的开始。第一次在南极洲飞行考察的是英国人休伯特·威尔金斯爵士。192811月,他驾驶飞机在南极半岛上空进行了长距离观测和航空摄影。192910月,美国的查里德·E·伯德上将,首次完成了飞越南极点的航行和空中摄影。193812月至19393月,阿尔弗雷德·里彻领导的德国考察队,对毛德皇后地约35万平方公里的陆地进行了航空摄影,并每隔25公里就抛下一面国旗,为德国企图对南极大陆提出主权要求创造条件。1908年至1940年间,先后有7个国家对南极洲正式提出了领土要求,它们是英国、法国、挪威、新西兰、澳大利亚、阿根廷和智利。1957年后称为科学时代。在前三个阶段的南极活动中,尽管各国南极考察队几乎都有科学家从事部分学科的科学考察活动,但南极科学时代是从国际地球物理年开始直至今日。1957年至1958年期间有个国际地球物理合作年。这两年为南极带来两个重要遗产,一个是给南极留下67了个考察站,另一个是对于之前很多国家提出的主权申请,以美国为首的12个国家签署了一项《南极条约》,规定南极主权不归属任何国家,从而保证了南极的独立性。

1958年前南极有67个考察站,现在南极一共拥有80多个常年科学考察站,其中在南极内陆建立科学考察站的国家一共有11个,中国是其中之一,美国在南极点建立的一个科学考察站名字叫做阿蒙森一斯科特站,以此来纪念两位考察南极的先驱。南极洲距离其他洲比较远,南极有飞机和船两种方法。在南极大陆内部的运输一般是使用南极科考车或者是雪橇。从澳大利亚、智利、新西兰、南非有四个航空点,可以从这四个地点使用喷气式飞机,飞抵南极在冰上建立的飞机场,再利用汽车、雪橇等到达周围的科考站。

下面介绍一下三个国家在南极考察的情况。美国是世界超级大国,国家综合实力世界第一,对南极的考察投入也最多。美国在南极考察活动是由一个叫科学基金会的组织进行的。该组织负责组织管理并实行开放体制,美国的各科研机构、大学都可以向它提出申请,经调查后就会提供相关服务。例如,它可以和美国军方、航空公司,或者其他一些商业部门合作,以提供后勤保证。目前,美国在南极建立的常年科学考察站共有3个,虽然数量不多,但都非常有特色。一是在南极极点的阿蒙森—斯科特站,它完全依靠飞机供给物资,以保证正常运转。从海边的站点到阿蒙森—斯科特,一个夏季大概要飞400架次才能保证考察站的运行。也只有美国这样航空能力非常强的国家才能在南极点设考察站,这是内陆里最独特的一个考察站。第二个是位于罗斯岛的麦克默多考察站,是美国在南极洲最大的考察站。考察站人员夏季时最多超过1200人,冬季时最少也有200人左右,它是美国在南极考察的枢纽。第三个是位于南极半岛西岸的昂维尔岛的帕默考察站,主要进行海洋生物学等学科的考察研究。美国的后勤保障飞机占绝大多数,它的大型军用运输飞机C141C17,大力神C130频繁地在南极上空飞行,以提供物资给养。由于美国飞机的功能强大,所以它的活动半径很大,覆盖面积就十分广。最开始起点站没有冰上机场,美国用喷气式飞机进行空投物资。另外,由于美国实力很强,在海上往往用一个船队来往,而其他国家一般只用一条船前往南极,这条船既用来考察,又用来运输物资。美国的船队分工十分明确,有专门负责进行破冰的破冰船,有专门负责运输的货船,还有专门的油轮。

德国的考察站和美国不一样,它建成了一个封闭式阿尔弗雷德极地考察研究所,德国90%的极地研究都在该研究所里进行。阿尔弗雷德极地考察研究所比较大,有七八百人在里面。德国在南极的考察站有两个,一个是海边的诺伊迈尔,一个在内陆。德国的实力不弱,但是它也只是派遣一条船往返德国,这条极地考察船叫做冰鸟号,于1982年建成,计划服役到2012年。冰岛号不但航行至南极,还要航行至北极,一年在海上航行320天。从1982年到现在,它大概航行了10万海里,利用率非常高。德国没有洲际飞机,但有带雪橇的小飞机。德国用飞机主要进行卫星遥感实验、人员物资运送等。德国的诺伊迈尔从1981年至今经历了三代。目前,新的诺伊迈尔站已经落成了,大约有4000㎡左右。该考察站主要进行多学科的研究,比如地球物理、冰川、气象、臭氧等。

澳大利亚的考察站既不同于德国也不同于美国,澳大利亚的南极考察属于半开放体系,由水资源环境保护部南极局负责管理。此外,澳大利亚大学也参与科研工作。澳大利亚在南极大陆内有3个考察站,在南极半岛有一个考察站。澳大利亚的南极考察船叫做南极光号,南极光号的破冰能力比我们国家的雪龙号要强很多,但是它是用作考察的,自身运货能力不强,所以澳大利亚经常租用货船随行。南极光号在前面破冰,货船也就可以跟在后面到达考察站的港口。南极光号从1987年服役到现在也有20多年了,由于澳大利亚距离南极较近,南极光号每年只需要往返八次左右就能保证澳大利亚在南极三个考察站的运转。

从早期的探险一直到现在,人类经过了200多年的努力。二战以后,南极考察主要以国家的形式来投入,考察的目的有政治、经济、军事、科学等各方面,而热点和核心内容实际上是资源与权利。当然,表面大多是扛着科学考察的大旗。大家知道南北两极是地球的冷源,是全球气候变化的驱动器、放大器、调节器,是地球气候控制的重要组成部成部分,海洋对大气变化非常敏感。南北两极作为地球系统的组成部分,会通过大气环流、海洋等与低纬度地区紧密联系起来。因此,南北两极的环境变化与地球各区域的环境变化息息相关,极地在全球气候变化下的响应往往会成为不仅仅是重大的科学问题,而且是社会,甚至政治问题。各国在南北两极的活动越来越多,南极活动和北极活动的增加已经成为了各国今后领土瓜分、主权归宿以及资源争夺的复杂的政治问题。

为什么我国要进行南极考察呢?中国研究考察南北两极,对经济社会的可持续发展有重大的现实意义和深远的历史意义。中国有句古话:“人无远虑,必有近忧。”我们现在从大尺度来看并不是遥不可及,现在不去研究考察,以后将会对子孙后代留下遗憾。

我们国家的南极考察开始于80年代初,中国于198368号正式承认并加入南极条约。1984年,中国首次组队参加南极考察,当时国家领导人很重视,邓小平同志在19841015日写下:“为人类和平利用南极做出贡献。”这是我们现在从事南极和北极考察的最高国策。一代代党和国家领导人都很重视南极的考察,南极的长城站是江泽民同志亲自题写站名。我国2004年建立的北极黄河站,今年建立的南极昆仑站都是国家领导人胡锦涛亲自发的贺电。所有当时参管国家极地考察的国家总理每年春节都要慰问基地考察队员。

我国是由国家海洋局代表国务院负责国家极地考察具体事项。它下面有两个单位:一是基地考察办公室,主要负责履行国家海洋局的职责;二是中国极地研究中心,它是业务支撑单位,主要负责一部分的极地研究工作以及提供后勤保障。从1980年开展南极考察以来,南极考察是从无到有、从小到大。随着昆仑站的建立,我们现在正从弱到强,已进行了南极考察25次。我国北极考察起步晚一点,1999年开始第一次,以雪龙船为平台,2003年第二次,2008年第三次。其中2004年在北极挪威的一个群岛建立了黄河站,开始了以它为平台进行连续考察,并取得了一定的成果。

19841231,中国首次南极洲考察队在南极洲的南设得兰群岛中的最大的一个岛屿------乔治王岛上,隆重举行了中国南极长城站的奠基典礼。中国最早提出南极考察是在1957年,当时一个著名的科学家竺可桢教授指出,中国是一个大国,应当进行极地考察。1964年,国家海洋局的任务中也指出将来要进行南北极海洋考察。1977年,国家海洋局提出“查清中国海,进军三大洋,登上南极洲”的目标。1981511,我国成立了以国家科委副主任为主任的国家南极考察委员会,当时有二十个部委参加。同年915日成立了办事机构,也就是极地办公室的前身------国家南极考察办公室。19801月,我国首次派出中科院地理所的地质学家张青松和国家海洋局二所的董召先两名科学家到国外进行极地考察。1984年,我国登上了南极洲。1985220, 我国第一个南极科学考察站——中国南极长城站胜利建成,标志着我国南极科学考察进入了一个新阶段。 四年后,我国又相继在南极圈南极大陆上建立了中山站。我国对两个考察站都进行了多学科的科学考察,其中中山站最有特色的是做极光研究,还有GPS全球定位系统、空间物理等。我国曾经登上过南极大陆的最高点,海拔4900多米,在那个位置留下一个名为南极圈鼎的纪念物。长城站的科学研究重点主要是生物生态,因为它在西南极,也就是亚南极,夏天有2%的面积未被冰雪覆盖,是进行生物生态研究的好地方。

我国进行南极考察的运输工具主要是考察船,它分为三代。最早的一代考察船是向阳红10号,它是一艘海洋调查船,并没有破冰能力,所以无法抵达南极内陆。第二代是极地号,它具有一定的破冰能力,在这艘船的帮助下,我国建成了中山站。极地号从1986年开始服役,1992年退役。第三代是雪龙号,它从1993年开始服役。按照俄罗斯的抗冰等级划分,雪龙号是抗冰能力中等级最高的。期间海洋调查局曾经还派出一艘叫海洋四号的船随队进行过海洋调查。

长城站从1985年建成到现在已经30多年了,由于中国南极考察的不断深入,目前它已经无法满足我国南极考察的需要。国家投入了一笔资金对长城站进行改扩建,新增建筑面积1800㎡,新增2幢科学考察实验室,改善了科考队员的活动住宿条件。长城站主要考察内容是生物生态,因为它位于西南极,西南极在夏天有2%是没有被冰雪覆盖的,所以适合研究生物生态。中山站是1989年建成的,其新老建筑面积一共是6000平方米,有四栋正在建的队员生活区。如果科考队员要在南极越冬,需要在待365天,条件十分艰苦,生活十分寂寞,因此国家投入经费改善考察站的生活条件。这两个站目前都已经建成了卫星转播设备,对于缓解队员过冬时的情绪有很大帮助。两个考察站相距1300公里,比北京到上海的距离还要远一些。

1989728, 秦大河和其他“国际横穿南极考察队”队员们从南极半岛的顶端出发,由西向东,开始了他们的艰险征途。这支考察队由中、美、苏、英、法5个联合国安理会常任理事国和日本各派一名人员组成,其中只有秦大河是以科学考察为目的前往的,其他国家都是由专业探险家组成的。从1993年开始,中国进行了六次内陆冰盖的考察,这是完整的多学科考察,主要研究全球气候变化的问题。其中有一次考察,利用动物粪便探索企鹅物种变化与气候变化的关系。这篇研究报告的视角独特,并在国际顶尖的科学杂志上发表。由于北极黄河站和南极中山站位于同一地磁偏角,我国对南北极同步进行了一项空间物理观测,主要观测对象是极光。在整个考察期间,我国还进行了4次综合地质考察,并搜寻到了近1万块陨石,这使得中国的陨石储量在世界排名第三。排名第一二的国家分别是美国和日本,陨石的研究对探究外太空有十分重要的意义。

刚才讲的是南极的情况,现在讲一下北极。北极与南极是对称的,是北纬6633分以北的地区,它主要是冰雪覆盖的北冰洋,旁边围绕着8个发达国家,面积为2100万平方公里。实际上,南北极的面积差不多,应该说还是很对称的,但北极下面是北冰洋,而南极上面是南极高原,所以有人形象地说是上帝在北极踹了一脚,把北极踹陷进去了一块,因此南极就正好鼓起来了一块。当然这只是个形象的比喻。北极并没有像南极一样有北冰考察公约,但由于北极位于北冰洋上,所以同样适用于国际海洋考察公约。北冰洋海冰冰层的平均厚度为3米,大陆架占海洋的40%,平均水深1100米,北极的水深不如南极南大洋的水深,南大洋平均水深约为4000-5000米。北极周边都是发达国家,比如美国、俄罗斯、加拿大、丹麦、挪威、芬兰、冰岛等。北极的气温比南极高一些,相差约20℃左右。北极的标志性动物是北极熊,物种比南极少一点,生态系统比南极脆弱。近几年,随着冰层融化,冰层的厚度变小,使得开采北极的资源变得相对容易了,各国纷纷将眼光对准了这块无主的土地。200782日,俄罗斯派人下潜4000多米深的北冰洋底插上国旗,以强化北冰洋2000公里长的罗蒙诺索夫海脊为俄所有的说法,宣誓北极是它的海洋经济区,但此行为引起了加拿大、美国等国家的强烈抗议。

北极现已探明的石油储量占世界的5%,天然气占20%,未探明的天然气储量约占45%。北极地区有大量的稀有金属、矿物,另外还有著名的渔场。如果白令海峡附近的浮冰完全化开,从荷兰鹿特丹到中国上海就不必绕道苏伊士运河了,可节省近3000海里的路程,因此在这里还蕴藏着经济利益。在俄罗斯向联合国提出专属经济区的申请之后,美国、加拿大等国纷纷效仿,原属于全世界的公海面积约是300万平方公里,如果俄罗斯等国的申请被批准,那么剩下的公海面就就不足40万平方公里了。在北极地区掺杂着许多国家的权益纷争,中国在北极没有领海,但属于全世界的公海的权益还是应该尽量争取去维护。

我国于1999年开始第一次北极考察,起步比较晚。自2004年在挪威建立了黄河站后,连续进行了五次考察。我国在北极考察主要利用船、飞机、浮冰站等,还有一些水下机器人、浮标,卫星等等立体考察。

最后我要向大家介绍一下三个国家新的考察船情况。首先说一下德国,现在德国的服役的船是“海因克”号,它到2012年服役期就满了。由于北极的气候变化,许多国家对其资源产生了浓厚兴趣。以德国为主的欧洲十五个国家准备建造世界上最先进的极地考察船------极地深海考察船。它有侧推,在冰区航行中可以做一些地球物理的研究。在船底有两个井,可以做许多科学考察,比如放自动水下机器人等。它是一个多功能的海洋考察船,不仅有深海的钻探功能,还有非常强大的破冰能力。该船准备于2012年开始建,预计2014年建成,设计使用年限为30年。它的投资成本为6亿5千万欧元,维持成本36百万欧元,长度将近200,宽度50,吃水量3米,最厉害的主机推进功率81兆瓦,有120个床位。它有动力定位系统,能破2.5米以上厚的多年冰,排水量65千吨,最大钻探达1000米深。另外,它还配有三架直升飞机。第二是美国,美国同样有十分强大的船队,也想造更为强大的考察破冰船。这是美国的船,它的破冰能力达1.5米以上,排水量比极地深海考察船大50%。该船也有放水下机器人的井,也是从2002开始计划,2012年建成。下面简单介绍一下日本考察船的情况。日本的船是属于海上自卫队管理,属于军舰。这条船今年下水,与现在的“白濑号”相比没有很多新的东西,也没有太多改进,所以造得比较快。这是我选的比较有代表性的三个国家的新船。

我们国家也在想能不能造一条自己的新破冰船。由于我国从来没有造过破冰船,技术比较落后,有大量工作要做,我们也在策划此事。这次我回到母校也希望能与母校合作。另外,各位同学不管是学造船的也好,学航海的也好,我国的雪龙号要服役十年时间,船上也需要船员,所以我希望各位同学以后有兴趣能够积极地投身到极地考察事业中来。谢谢大家!

分享到:

理工党员网手机版

扫一扫,在手机上阅读和学习

返回党员网