中国科考队深耕南极地质研究 破译大陆演化"无字天书"

问题:南极大陆为何成为地球上最“极端”的大陆之一?

它从何而来、经历了怎样的构造变迁,又为何在漫长地质历史中逐步走向“冰封与孤立”?

对这些问题的回答,不仅关乎南极本身,也与全球板块运动、古气候演变以及地球深部结构认识紧密相关。

然而,南极长期被厚达数千米的冰盖覆盖,直接暴露的基岩仅占极小比例,关键证据分散且获取难度高,成为国际地学研究的难点。

原因:南极研究的“难”,首先来自自然条件的限制。

极寒、极干、强风与高海拔叠加,使野外作业窗口短、样品获取成本高。

更重要的是,冰盖像一层巨大的“遮罩”,把大部分地貌与岩石层埋藏在冰下,导致传统地质调查在空间连续性上存在天然缺口。

要重建南极的“身世”,必须把有限露头样本与多学科观测结果进行拼接:在岩石中寻找地球早期演化的“时间标尺”,在地震波中提取冰下壳幔结构的“体检指标”,再用古地磁信息还原大陆漂移的“运动轨迹”。

影响:围绕这些关键问题,中国科学家在持续40余年的调查基础上,逐步形成从“取样—成图—反演—验证”的综合研究路径。

以第42次南极考察为例,中山站度夏地质考察在西福尔丘陵等基岩出露区展开,队员采集不同类型岩石样本、测量产状并记录地质环境,为厘清区域构造单元边界与演化序列提供第一手材料。

相关发现不断刷新人们对南极的认知:在东南极内皮尔山,曾发现年龄约39亿年的古老岩石,提示南极保存着地球早期地壳演化的重要碎片;在沉积岩中发现蕨类叶片印痕以及硅化木等化石线索,则表明南极并非自古冰封,远古时期可能曾出现相对温暖湿润的生态环境。

岩石记录的“冷与暖”“稳定与变形”,为解释南极从“绿洲线索”走向“冰原现实”的路径提供了物证基础。

对策:为突破冰下不可见带来的限制,中国积极参与并推进多源观测。

近20年来,在中山站至内陆昆仑站沿线布设极低温宽频天然地震观测台,通过长期连续记录地球深部天然地震信号,利用地震波在不同深度介质中传播速度差异,反演获得冰盖之下地壳与岩石圈厚度及形态特征。

该类观测类似对地球进行“CT扫描”,在不直接开挖的情况下构建三维结构框架。

基于长期数据反演,科研团队获得覆盖整个南极板块的高精度地壳厚度图和岩石圈厚度图,使“冰下世界”首次以更清晰的结构化方式呈现:东南极地壳与岩石圈普遍较厚,昆仑站所在区域、以Dome A为中心的甘布尔采夫冰下山脉一带地壳厚度可达60公里以上,岩石圈厚度超过200公里;相较之下,西南极构造活动更为显著,反映其更年轻、更活跃的演化特征。

这一结构差异,为认识南极板块的分区演化、解释冰盖稳定性及其对气候系统的响应提供了基础底图。

与此同时,古地磁研究为大陆漂移提供“定量坐标”。

通过分析岩石中保留的古地磁方向与强度信息,地质学家得以更精细地复原冈瓦纳古陆裂解过程及南极与周边大陆的分离历程。

针对西南极年龄约1.2亿年以来的玄武岩样品研究显示,在白垩纪时期南极洲与南美洲之间仍存在陆桥联系;而约5000万年前起,南美洲与南极半岛逐步分离,德雷克海峡开始打开,促使环绕南极的洋流系统逐渐形成。

洋流“围栏”的建立,被认为是南极走向彻底孤立并持续降温的重要环节之一,也为南极冰盖扩张提供了关键的海洋动力背景。

前景:面向未来,南极地质考察的价值将更多体现在“从区域认识到全球解释”的跃升。

随着样品库持续扩充、冰下结构图不断精细化、古地磁与古环境指标交叉验证加强,南极大陆从形成、拼合到裂解、孤立,再到冰盖演化的证据链将进一步闭合。

一方面,东南极古老稳定地块与西南极活动构造单元的差异,有望帮助评估不同区域对气候变暖的敏感性与潜在风险;另一方面,陨石保有与岩石记录的综合研究,也将为太阳系物质演化、早期地球环境重建提供更多线索。

随着国际合作与新技术应用深化,南极“冰下边界”、关键断裂带及地幔结构等问题有望获得更高分辨率的答案。

南极的岩石是地球历史最忠实的记录者。

中国科学家通过数十年的执着坚守,用科学的方法和先进的技术,一步步揭开了这片冰雪大陆的神秘面纱。

从39亿岁的古老岩石到曾经的绿洲生态,从地壳结构的精确测量到大陆漂移的历史重现,这些发现不仅丰富了人类对地球演化的认识,也展现了中国地学研究的国际竞争力。

面向未来,继续深化南极地质科学研究,必将为全球气候变化研究、地球系统科学发展作出更大贡献。