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沃斯托克湖的衛星圖像（美國太空總署戈達德太空飛行中心）

冰下湖（英語：Subglacial lake）是位於冰川下的湖泊，通常位於冰帽或冰蓋下方。由於高壓環境下冰的熔點降低[1][2]，上面的冰以每年數毫米的速度逐漸融化[3]。融水流向低水壓區域並形成液態水體，可與外界分隔數百萬年[1][4]。

自從南極冰蓋下的冰下湖被首次發現以來，南極洲、格陵蘭的冰蓋下方和冰島瓦特納冰原下有400多個冰下湖被發現[5][6][7]。冰下湖佔了地球淡水的一部分，僅南極冰下湖的體積就約有10,000平方公里，約佔地球上液態淡水的15%[8]。

冰下湖的生態系統與地球大氣層隔絕，含有活躍的嗜極微生物群落，能夠適應寒冷和低營養的條件，並促進不受太陽能量輸入的生物地球化學循環[9]。冰下湖及其生物在天體生物學和尋找外星生命領域相當重要[10][11]。

物理特徵

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由於地熱活動平衡了冰下湖的熱量損失，加上上方冰川的壓力導致水的熔點降至攝氏零度以下，湖水得以保持液態，而高鹽冰下湖泊則因其高鹽度而保持液態[5]。在面積最大的冰下湖沃斯托克湖，其湖上的冰層比周圍的冰蓋厚得多。

歷史

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俄羅斯科學家彼得·克魯泡特金於19世紀末首次提出南極冰蓋下可能存在液態淡水，他認為冰蓋底部的地熱能讓溫度達到冰的熔點[2][12]。俄羅斯冰川學家伊戈爾·A·佐蒂科夫進一步提出了冰蓋下淡水的概念[5]。截至2019年，南極洲有超過400個冰下湖被發現[7]，不排除未來還有更多[5]。格陵蘭[6]、冰島和加拿大北部也發現了冰下湖[13]。

 
俄羅斯科學家彼得·克魯泡特金首次提出冰下湖的概念

早期探索

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為了對南極冰蓋進行廣泛的調查，俄羅斯地理學家兼探險家安德烈·彼得羅維奇·卡皮察在1959年和1964年四次蘇聯南極遠征中，兩次使用地震探測技術繪製了南極洲沃斯托克站下方地層。他收集的數據在30年後被使用，最終發現了位於冰層下的沃斯托克湖[14]。

從1950年代末開始，英國物理學家史丹‧埃文斯（Stan Evans）和戈登‧羅賓（Gordon Robin）開始使用無線電回波探測（英語：radio-echo sounding，RES）的技術來繪製冰厚度圖表[15]。17個冰下湖泊使用此技術被記錄[16]。格陵蘭島第一個冰下湖也被無線電回波探測發現[1]。

衛星探勘

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1990年代初，來自歐洲遙感衛星ERS-1的雷達高度計資料提供了南極洲至南緯82度的詳細地圖[17]，進一步確定了南極冰下湖泊的地理分佈。2005年，勞倫斯·格雷（Laurence Gray）和冰川學家團隊開始根據雷達衛星數據解讀冰層表面的活動，表明冰下可能存在水文活躍的冰下湖[18]。

分佈

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南極洲

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南極有近400個冰下湖，大多數位於冰下流域的分界，當中最大的冰下湖是沃斯托克湖。在1995年至2003年ERS-2衛星進行的高度計調查顯示，東南極冰蓋的高度出現異常，表明東南極冰蓋下存在水流[19]。

 
南極洲冰下湖分佈（國家科學基金會）

參考資料

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 Palmer, Steven J.; Dowdeswell, Julian A.; Christoffersen, Poul; Young, Duncan A.; Blankenship, Donald D.; Greenbaum, Jamin S.; Benham, Toby; Bamber, Jonathan; Siegert, Martin J. Greenland subglacial lakes detected by radar: GREENLAND SUBGLACIAL LAKES DISCOVERED. Geophysical Research Letters. 2013-12-16, 40 (23): 6154–6159. Bibcode:2013GeoRL..40.6154P. S2CID 55286616. doi:10.1002/2013GL058383. hdl:10871/30231   （英語）. 
  2. ^ 2.0 2.1 Siegert, Martin John; Kennicutt, Mahlon C. Governance of the Exploration of Subglacial Antarctica. Frontiers in Environmental Science. 2018-09-12, 6: 103. ISSN 2296-665X. doi:10.3389/fenvs.2018.00103  . hdl:10044/1/63886  . 
  3. ^ Le Brocq, Anne M.; Ross, Neil; Griggs, Jennifer A.; Bingham, Robert G.; Corr, Hugh F. J.; Ferraccioli, Fausto; Jenkins, Adrian; Jordan, Tom A.; Payne, Antony J.; Rippin, David M.; Siegert, Martin J. Evidence from ice shelves for channelized meltwater flow beneath the Antarctic Ice Sheet. Nature Geoscience. 2013, 6 (11): 945–948. Bibcode:2013NatGe...6..945L. ISSN 1752-0908. doi:10.1038/ngeo1977 （英語）. 
  4. ^ Drewry, D. Antarctica: Glaciological and Geophysical Folio. University of Cambridge, Scott Polar Research Institute. 1983, 2. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 Davies, Bethan. Antarctic Glaciers. AntarcticGlaciers.org. [2019-12-16] （美國英語）. 
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  12. ^ Kropotkin, Peter. Research on the Ice Age. Notices of the Imperial Russian Geographical Society. 1876. 
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