《我们首次可以测量人类在南极洲的足迹》

  • 来源专题:外来生物入侵
  • 编译者: 王成卓
  • 发布时间:2019-04-15
  • 大多数人把南极洲想象成一片冰封的荒野,但几十年来人们一直在那里生活和建设。现在,我们第一次可以揭示整个大陆的人类足迹。我们今天发表在《自然可持续性》杂志上的研究发现,尽管建筑物和扰动只覆盖了整个大陆的一小部分,但它对南极洲的生态系统有着巨大的影响。

    几十年来,我们共同对南极洲基础设施造成了多大的土地影响一直是一个问题。由于难以收集数据,直到现在才发现我们的影响有多大。由于有如此多的国家活跃在南极洲,让他们提供有关其基础设施的数据一直非常缓慢。由于三分之二的研究站是在《南极条约》环境保护议定书通过之前建造的,它们不需要进行环境影响评估或监测,因此很可能许多作业人员无法获得关于其足迹的数据。此外,由于进入南极洲的固有困难和每个站之间的距离遥远,不可能在大陆范围内进行实地测量。为了解决这些问题,我们的团队采用了一种既定的方法来测量单个空间站的足迹,并使用卫星图像将其应用于整个大陆的158个地点。所使用的大多数图像都是免费从谷歌地球上获得的,这得益于分辨率和覆盖范围的不断提高。目前,有几个国家提出建设新的空间站,现有空间站的主要重建项目正在进行中(包括美国的麦克默多和新西兰的斯科特基地)。澳大利亚提议建造南极洲第一条混凝土跑道,如果建成,将成为南极洲最大的跑道。到目前为止,有关扩大基础设施建设的决定一直没有考虑到目前的规模。我们希望,国际社会现在能够作出明智的决定,决定在南极洲建造多少建筑是适当的,应该在哪里建造,以及如何管理这最后一大片荒野的未来。

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    • 来源专题:可再生能源
    • 编译者:pengh
    • 发布时间:2017-09-29
    • 自从詹姆斯库克船长在17世纪70年代发现水包围了地球的南部纬度以来,海洋学家一直在研究南大洋,它的物理学,以及它如何与全球水循环和气候相互作用。 通过观察和建模,科学家们早就知道太平洋、大西洋和印度洋的大、深洋流向南流动,在南极洲汇合。在进入南大洋后,他们推翻了——从更深的海洋中引入水——然后再向北移动。这一颠覆完成了全球循环循环,这对海洋吸收碳和热量很重要,对生物生产中使用的营养物质的补充,以及对冰架融化的理解。 然而,直到最近,人们还不太了解这些水颗粒到达南洋表面的混合层及其相关的时间尺度的三维结构。现在,研究人员已经发现,来自三个海洋盆地的深层、相对温暖的海水进入了南大洋,并在南极洲周围盘旋,然后到达了海洋的混合层,在那里与大气相互作用。 该研究小组包括来自麻省理工学院、斯普里斯海洋研究所、普林斯顿大学、地球物理流体动力学实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、华盛顿大学和美国国家航空航天局喷气推进实验室的科学家。发表在自然通讯杂志上的这项研究也揭示了,由于在当前的南极圈内的五个地点的地形交互作用,强涡流在这个上升流过程中起着重要的作用。研究人员还可以确定每个海洋盆地的水是如何被他们称为“螺旋阶梯”的,并且相信这一过程比之前的估计要快得多。 研究人员发现,在南大洋中,强烈的海洋大气相互作用和涡流在很大程度上推动了上升流。西风环绕南极,吹起寒冷,富含二氧化碳的表层水从南极大陆向北穿过南极环极洋流(ACC)。ACC在南大洋的北部边缘流动,不仅是世界上最强大的洋流,而且也是环绕地球的唯一主要洋流。大部分的冷水来自于冰融,由温暖的、营养丰富的水进入深度的ACC,并逐渐从大约1000-3000米深的深处涌起。 对南大洋温度和盐度的观察为这一颠覆的结构提供了线索,但直到最近,计算机模型已经足够成熟,能够运行真实的模拟,让研究人员能够研究在三维空间中上升流的变化以及上升流的结构是如何变化的。为了探索这些问题,研究人员使用了三种大气海洋模型,能够捕捉到微小尺度下的海洋环流的关键特征。然后,他们沿着虚拟的水粒子进入南大洋,在南约30个南部,在1000到3000米深的地方,他们越过了混合的层边界,被认为是200米深。在气候模型实验中使用的条件与2000年的情况相当;在这种永恒的状态下,这些都被运行了200年。在此期间,虚拟水粒子在模型中被释放。 “我们追踪了数以百万计的这些粒子,因为它们在上升。然后,我们绘制出它们的路径,我们可以确定。并分离出体积传输-多少水被移动-通过这些电流。因此,我们能够比较这些不同的区域路径有多重要,”合著者亨利德雷克说,他是麻省理工学院地球、大气和行星科学部(EAPS)的研究生,也是大气、海洋和气候项目的成员。他们还注意到,粒子到达混合层和增强涌流的地点的时间。 他们的分析显示,这些水包裹倾向于向南流动,主要是沿着大西洋、印度和太平洋的西部和东部边界流,在那里他们进入了带密度表面的ACC追踪。围绕水下地形的ACC和涡流的相互作用也在上升流过程中扮演了重要的角色。 德雷克说:“在深海里,水包裹着密度的表面。它从我们释放粒子的地方开始,然后随着你往南走,就会变得更浅。”“所以如果有一个粒子沿着相同密度的表面向南移动,它会在水柱上变得更高,直到最终密度表面与混合层相交。” 此外,在ACC的5个主要的地理位置——西南印度洋脊、克尔格伦高原、麦夸里脊、太平洋南极脊和德雷克通道——形成了湍流和高动能的区域,这有助于提高大部分的水。 德雷克说:“漩涡基本上是在南大洋的漩涡,这些漩涡对运输水域非常重要。”“如果你没有任何涡流,那水很可能会绕着南极洲转回来,回到同样的纬度。”但在涡流中,当这些粒子在这些流线中移动时,它们会到达一个高度的涡流动能,然后向南涌向下一个流线。” 研究人员还发现,到达混合层的水中有一半来自大西洋,而印度洋和太平洋各占了大约四分之一。在28-81年之后,这些水域中的大部分都越过了这个门槛。在最高分辨率模型中,这个时间尺度比非ed濒死模型所产生的估计快10倍,而这些模型更接近150-250年。澳大利亚国立大学的共同作者、普林斯顿大学的阿黛尔莫里森说,“这表明,上升流的速率对南极冰川融化与未来的气候变化是至关重要的。”她说,这些模型基本上是一致的,显示了结果的稳健性。 莫里森说:“从科学上讲,这是很重要的,因为在很长一段时间里,我们认为上升流主要是由风推动的,在南大洋周围几乎是均匀的。”“但是这里我们已经证明了上升流的结构实际上是由海底地形和涡流所控制的。” 约翰•马歇尔塞西尔和绿色电活性聚合物海洋学教授艾达,说他没有研究的一部分,研究证实,在南大洋上涌”是由涡流,但它强调重要的涡流和局部涡流的一些活动,所以它很难代表模型中没有任何漩涡。” 马歇尔说:“我认为,通讯时间尺度可能比我们想象的要快得多,因为它在内部和表面之间。” 该小组计划继续这项工作,研究海洋大气界面,水粒子轨迹,以及从北大西洋到南大洋的深水形成气候变化信号的传播。 德雷克说:“我们对将深海与海洋相连的通道的描述为未来的研究打开了大门,将深海的流体力学与热、碳、以及影响地球气候的海洋大气界面的热量交换联系起来。” ——文章发布于2017年9月26日
  • 《探寻古代生命在南极洲的痕迹》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:马丽丽
    • 发布时间:2016-11-28
    • 为了探索生命在地球上和在火星上(或许有一天)是否以及如何忍受极端寒冷,美国乔治城大学的一组研究人员到南极寻找古老的细菌,并对其进行测序研究。 这项研究主要在南极洲的麦克默多干谷进行,这块区域是南极洲很小的一部分(1%),是南极洲唯一没有冰层的区域,干谷底部有时存在着永久性冷冻湖,冰层达数米厚。在长达一个月的探险期间,研究团队乘坐直升机到美国的主要研究基地-麦克默多站,然后到山谷收集古老的微生物席,或称之为“paleomats”。在该研究中,团队将寻找古老的细胞,如果发现了古细胞,他们会使用先进的测序技术研究微生物的DNA和RNA,他们带了三个片段的测序仪器。 “我们对生命体如何在极其艰苦的条件下仍能生存知之甚少,”项目的首席研究员莎拉·斯图尔特·约翰逊博士说,“这很奇妙,想想当推至极限时细胞使用怎样的生存策略。”她管理着约翰逊生物特征实验室,采用分子生物学和有机地球化学工具寻找生命的印迹。使用先进的测序技术,该项目将调查南极的古湖泊是否存有微生物的种子库,或保存着能适应过去古环境的微生物,这可能有助于转换我们对古代细胞存活的时间尺度的理解。 研究团队将寻找能存活在极端条件下的细菌,他们将探索怎样才能发现生活在边缘条件下的生命,以及这些生命是什么样子的。该团队使用的技术可以洞察在火星上如何做同样的事情,在极端寒冷和干燥方面,南极很像火星,如果简单的微生物在火星上曾经发生进化,那么它们现在仍会存在。也许在未来,一个火星探测器可以使用该研究中的技术在火星上寻找生命。 (王琳 编译) 请扫码关注“海洋科技情报网”微信公众号