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沃斯托克湖的卫星图像(美国太空总署戈达德太空飞行中心

冰下湖(英语:Subglacial lake)是位于冰川下的湖泊,通常位于冰帽冰盖下方。由于高压环境下冰的熔点降低[1][2],上面的冰以每年数毫米的速度逐渐融化[3]。融水流向低水压区域并形成液态水体,可与外界分隔数百万年[1][4]

自从南极冰盖下的冰下湖被首次发现以来,南极洲、格陵兰的冰盖下方和冰岛瓦特纳冰原下有400多个冰下湖被发现[5][6][7]。冰下湖占了地球淡水的一部分,仅南极冰下湖的体积就约有10,000平方公里,约占地球上液态淡水的15%[8]

冰下湖的生态系统与地球大气层隔绝,含有活跃的嗜极微生物群落,能够适应寒冷和低营养的条件,并促进不受太阳能量输入的生物地球化学循环[9]。冰下湖及其生物在天体生物学和寻找外星生命领域相当重要[10][11]

物理特征

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由于地热活动平衡了冰下湖的热量损失,加上上方冰川的压力导致水的熔点降至摄氏零度以下,湖水得以保持液态,而高盐冰下湖泊则因其高盐度而保持液态[5]。在面积最大的冰下湖沃斯托克湖,其湖上的冰层比周围的冰盖厚得多。

历史

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俄罗斯科学家彼得·克鲁泡特金于19世纪末首次提出南极冰盖下可能存在液态淡水,他认为冰盖底部的地热能让温度达到冰的熔点[2][12]。俄罗斯冰川学家伊戈尔·A·佐蒂科夫进一步提出了冰盖下淡水的概念[5]。截至2019年,南极洲有超过400个冰下湖被发现[7],不排除未来还有更多[5]。格陵兰[6]、冰岛和加拿大北部也发现了冰下湖[13]

 
俄罗斯科学家彼得·克鲁泡特金首次提出冰下湖的概念

早期探索

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为了对南极冰盖进行广泛的调查,俄罗斯地理学家探险家安德烈·彼得罗维奇·卡皮察在1959年和1964年四次苏联南极远征中,两次使用地震探测技术绘制了南极洲沃斯托克站下方地层。他收集的数据在30年后被使用,最终发现了位于冰层下的沃斯托克湖[14]

从1950年代末开始,英国物理学家史丹‧埃文斯(Stan Evans)和戈登‧罗宾(Gordon Robin)开始使用无线电回波探测(英语:radio-echo soundingRES)的技术来绘制冰厚度图表[15]。17个冰下湖泊使用此技术被记录[16]。格陵兰岛第一个冰下湖也被无线电回波探测发现[1]

卫星探勘

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1990年代初,来自欧洲遥感卫星ERS-1的雷达高度计资料提供了南极洲至南纬82度的详细地图[17],进一步确定了南极冰下湖泊的地理分布。2005年,劳伦斯·格雷(Laurence Gray)和冰川学家团队开始根据雷达卫星数据解读冰层表面的活动,表明冰下可能存在水文活跃的冰下湖[18]

分布

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南极洲

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南极有近400个冰下湖,大多数位于冰下流域的分界,当中最大的冰下湖是沃斯托克湖。在1995年至2003年ERS-2卫星进行的高度计调查显示,东南极冰盖的高度出现异常,表明东南极冰盖下存在水流[19]

 
南极洲冰下湖分布(国家科学基金会

参考资料

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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  (英语). 
  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 (英语). 
  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] (美国英语). 
  6. ^ 6.0 6.1 Bowling, J. S.; Livingstone, S. J.; Sole, A. J.; Chu, W. Distribution and dynamics of Greenland subglacial lakes. Nature Communications. 2019-06-26, 10 (1): 2810. Bibcode:2019NatCo..10.2810B. ISSN 2041-1723. PMC 6594964 . PMID 31243282. doi:10.1038/s41467-019-10821-w (英语). 
  7. ^ 7.0 7.1 Björnsson, Helgi. Subglacial lakes and jökulhlaups in Iceland. Global and Planetary Change. Subglacial Lakes: A Planetary Perspective. 2003-02-01, 35 (3): 255–271. Bibcode:2003GPC....35..255B. ISSN 0921-8181. doi:10.1016/S0921-8181(02)00130-3. 
  8. ^ Dowdeswell, Julian A; Siegert, Martin J. The physiography of modern Antarctic subglacial lakes. Global and Planetary Change. February 2003, 35 (3–4): 221–236. Bibcode:2003GPC....35..221D. doi:10.1016/S0921-8181(02)00128-5 (英语). 
  9. ^ Christner, Brent. Bacteria in Subglacial Environments. Heidelberg, Berlin: Springer-Verlag. 2008: 51–71. 
  10. ^ Petit, Jean Robert; Alekhina, Irina; Bulat, Sergey, Gargaud, Muriel; Barbier, Bernard; Martin, Hervé; Reisse, Jacques , 编, Lake Vostok, Antarctica: Exploring a Subglacial Lake and Searching for Life in an Extreme Environment, Lectures in Astrobiology: Volume I, Advances in Astrobiology and Biogeophysics (Springer Berlin Heidelberg), 2005: 227–288, Bibcode:2005leas.book..227P, ISBN 978-3-540-26229-9, doi:10.1007/10913406_8 (英语) 
  11. ^ Rampelotto, Pabulo Henrique. Resistance of Microorganisms to Extreme Environmental Conditions and Its Contribution to Astrobiology. Sustainability. 2010, 2 (6): 1602–1623. Bibcode:2010Sust....2.1602R. doi:10.3390/su2061602  (英语). 
  12. ^ Kropotkin, Peter. Research on the Ice Age. Notices of the Imperial Russian Geographical Society. 1876. 
  13. ^ Rutishauser, Anja; Blankenship, Donald D.; Sharp, Martin; Skidmore, Mark L.; Greenbaum, Jamin S.; Grima, Cyril; Schroeder, Dustin M.; Dowdeswell, Julian A.; Young, Duncan A. Discovery of a hypersaline subglacial lake complex beneath Devon Ice Cap, Canadian Arctic. Science Advances. 2018-04-01, 4 (4): eaar4353. Bibcode:2018SciA....4.4353R. ISSN 2375-2548. PMC 5895444 . PMID 29651462. doi:10.1126/sciadv.aar4353 (英语). 
  14. ^ Kapitsa, A. P.; Ridley, J. K.; de Q. Robin, G.; Siegert, M. J.; Zotikov, I. A. A large deep freshwater lake beneath the ice of central East Antarctica. Nature. 1996, 381 (6584): 684–686. Bibcode:1996Natur.381..684K. ISSN 1476-4687. S2CID 4335254. doi:10.1038/381684a0 (英语). 
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  16. ^ Oswald, G. K. A.; Robin, G. De Q. Lakes Beneath the Antarctic Ice Sheet. Nature. 1973, 245 (5423): 251–254. Bibcode:1973Natur.245..251O. ISSN 1476-4687. S2CID 4271414. doi:10.1038/245251a0 (英语). 
  17. ^ Ridley, Jeff K.; Cudlip, Wyn; Laxon, Seymour W. Identification of subglacial lakes using ERS-1 radar altimeter. Journal of Glaciology. 1993, 39 (133): 625–634. Bibcode:1993JGlac..39..625R. ISSN 0022-1430. doi:10.3189/S002214300001652X  (英语). 
  18. ^ Smith, Benjamin E.; Fricker, Helen A.; Joughin, Ian R.; Tulaczyk, Slawek. An inventory of active subglacial lakes in Antarctica detected by ICESat (2003–2008). Journal of Glaciology. 2009, 55 (192): 573–595. Bibcode:2009JGlac..55..573S. ISSN 0022-1430. doi:10.3189/002214309789470879  (英语). 
  19. ^ Wingham, Duncan J.; Siegert, Martin J.; Shepherd, Andrew; Muir, Alan S. Rapid discharge connects Antarctic subglacial lakes. Nature. 2006, 440 (7087): 1033–1036. Bibcode:2006Natur.440.1033W. ISSN 0028-0836. PMID 16625193. S2CID 4342795. doi:10.1038/nature04660 (英语).