南极冰盖平均厚度约2300米(最厚处超4800
米),底部冰盖因巨大压力(约300-400大气压)
降低了冰的熔点(纯水冰在常压下熔点为0c,但
300大气压下可降至-22c)。
基岩摩擦生热、地热流(南极大陆平均地热流约
放射性元素衰变产生的热量,共同维持了冰下局
部液态水体的稳定。
ke)的水温约为-3c,但因高压保持液态。
多数冰下湖被数千米冰盖完全覆盖,与地表大气、
水圈长期隔离(如沃斯托克湖最后一次与海洋连
通可能在1500万年前),形成“时间胶囊”
闭系统。通过冰盖裂缝与基底裂隙缓慢
交换物质(如溶解气体、矿物质),但整体物质循
环极慢,湖水可能已“静止”数万年甚至更久。
冰盖底部并非平坦,基岩地形(如山脉、断层、盆
地)会引导冰下水流形成类似地表河流的“冰下河
道”。例如,埃尔斯沃思湖(ke ellsworth)和默
瑟湖(ke rcer)所在的区域,冰下可能存在
季节性或长期流动的水流,部分水流通过冰盖“溢
平衡。
冰下湖水体因长期与冰盖、基岩相互作用,溶解了
大量来自冰盖的物质(如钠、氯离子)和基岩风化
的矿物质(如铁、硅、有机质)。
带入的甲烷(可能来自深层地质活动或微生物代
谢)、二氧化碳等气体溶解其中,形成还原性或缺
氧环境(如沃斯托克湖深层水溶解氧极低)。
自20世纪末以来,通过卫星遥感、冰雷达探测、
冰芯钻探及深潜机器人等技术,科学家逐步揭开
了冰下世界的神秘面纱,主要发现包括:
目前南极已发现超过400个冰下湖(部分为季节
性存在),总面积约14万平方公里(接近海南
岛)。斯托克湖面积约15万平方公里
(相当于太湖的24倍),深度约1000米;最小的
融化形成)。
2冰下微生物的“独立进化”
在沃斯托克湖、默瑟湖等冰下湖的钻探样本中,科
学家发现了大量嗜冷微生物(包括细菌、古菌和病
毒),其代谢方式适应了高压、低温、低营养的极
端环境。
默瑟湖(2018年钻探)的水样中检测到超过
4000种微生物,主要为利用有机物分解或化
学合成(如氧化铁、甲烷)获取能量的类群;
现类似海洋深部热液口的微生物群落,可能依
着,暗示它们可能在数百万年中独立演化,为
研究“地外生命”二冰下海洋)提供了参
考。
通过冰雷达和卫星监测,科学家发现冰下湖并非
完全静止,而是通过“水力跳跃”
流波动)实现水体交换。
(持续数月),导致冰盖表面短暂隆起(高度
变化达8米),最终将湖水注入海洋;
冰下河流的流动速度可达每年数米至数十米,
其携带的沉积物可能影响冰盖底部的润滑作
用,加速冰盖向海洋滑动(这对海平面上升预
测至关重要)。
冰下湖的沉积物(部分湖泊底部沉积物厚达数米)
和冰盖底部的冰-水界面物质,保存了近百万年的
42万年的大气成分变化(如二氧化碳、甲烷浓
默瑟湖的湖底沉积物中发现古代