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北冰洋漂流75天极夜风暴和北极熊-

发布时间:2020-10-04  分类:科技新闻  作者:dadiao  浏览:17

原标题:北冰洋漂流75天:极夜、风暴、北极熊



极端夜晚随冰漂流的科研船。照片由回答者提供

整整一年,一艘船在北冰洋中心结冰,随冰漂流。


在这艘名为“极地之星”的德国科研船上,中国科研团队成员第一次来到北极中部是在冬天。他们闯入极夜,面对风暴,踏上海冰,住在北极熊旁边,在北冰洋漂流了75天。


这是人类历史上最大的国际联合北极科学考察项目。2019年9月,北极气候研究多学科漂流冰站计划正式启动,来自17个国家的300多名科学家随船进行漂流调查,开启了探索极地的巨大征程。


目前在北冰洋漂流一年的“极地之星”科研船已经启程回国,将于10月12日抵达不来梅港。届时,为期一年的马赛克漂流项目将正式结束。隐藏在北冰洋的全球气候变化关键密码将逐渐显现。



参加马赛克第一站漂流的中国队员出发前合影。照片由回答者提供

寻冰建站


船不知不觉驶近北纬85度。


2019年9月21日,俄罗斯科研船“费多罗夫院士号”离开挪威特罗姆瑟港,向冰区驶去。它的任务是为马赛克建立一个浮冰阵列和卫星浮冰站,并将科学家送往“极地之星”科学研究船。


来年“极地之星”将不再靠动力驱动,而是依靠冰站所在的浮冰,在风和洋流的影响下随冰被动漂移。


在当时的北极,找到一块适合建站的浮冰成为首要问题。中国


极地研究所研究员、中国MOSAiC站点协调员雷瑞波说,从位置上看,冰应该在穿极流的上游区域,这样船差不多一年就可以到达大西洋北侧的弗拉姆海峡,完成一年的穿极观测。


作为主冰站,浮冰的直径应该在3 km -4 km,这样就可以部署所有规划的设备;扁平冰的厚度应在1.0米至1.5米之间,且无贯通裂缝,以保证海冰能存活一年而不破裂;海冰厚度要多样化,有利于研究相同大气作用力下不同冰厚的消长过程;主冰站周围要有90%以上的海冰,要有足够数量的浮冰放置浮标作为主冰站的卫星观测冰站。


他记得9月28日船驶至北纬83°时,船上会议得出结论,在北纬84°以南不可能发现大的浮冰,目标冰位于北纬85°-85.5°。让大家头疼的是,如果10月10号左右达到北纬85度,当地就已经进入极夜,随着海冰的不断融化,冰站运营将面临越来越多的挑战。


但是船只能一直往北走。


“在北纬86°附近的地方,扁平冰的厚度只有60-70米,这意味着我们仍然没有找到合适的浮冰来站立。”雷瑞波回忆说,如果不能找到合适的冰站,MOSAiC可能会改变原来的观测计划。幸运的是,前来加入费多罗夫院士的极地之星终于在北纬85°附近的另一个海域找到了可以作为主冰站的浮冰。


雷瑞波说,为了找到这个主要的冰站,两艘船上来自不同国家的科学家利用不同来源的卫星遥感数据,对距离方圆预设位置100公里左右的浮冰进行了检查,并进一步通过直升机电磁感应或冰探测对16块浮冰进行了筛选,最终确定。


“虽然这块浮冰无论厚度大小都不能完全达到预定的目标值,但它已经是当时最适合建站的海冰了。”他印象非常深刻的是,北极的剧变使得所有预先设计好的蓝图都要根据现场随时调整。这也是现场科学考官的一大考验。


随着这块浮冰一起漂流的“极地星号”并没有按计划在一年后从北冰洋中漂浮出来。但今年8月初,它漂流到了弗雷姆海峡。


为了充分利用船上的科学研究



有冰站的浮冰造成的裂缝。照片由回答者提供

极限夜漂流


雷瑞波推算,从10月12日建站进入极限夜,到12月18日分段漂流结束,他和队友共经历了68天的极限夜。其中40天是永恒的夜晚,完全没有折射的阳光。


2006年他在南极中山站过冬时,经历了58天的极夜。“在南极中山站,即使在最黑暗的夜晚,也能看到一点点光亮。”


但是在北纬85度,永恒之夜比普通的极夜更黑暗。“一点光都没有。”所有参与MOSAiC的科学家都需要在这样的黑暗中持续进行野外工作和多学科观察。


雷瑞波说,马赛克调查分为大气、海洋、海冰、地球化学循环、生态五大学科。科学家们需要观察伴随海冰生长和消融的物理和生态过程变化,温室气体如何在大气、海洋和海冰之间交换和循环,以及在海冰消融过程中温室气体的交换是否会受到影响。


除了通过科研船上的设备进行观测之外,更多的观测工作需要科研团队成员去大小观测点的浮冰上完成冰芯采集、冰厚观测、积雪观测、海冰动态过程观测。


更具挑战性的是,在极夜的冰上,所有的科学考官都需要轮流为北极熊辩护。“我一次值班至少3个小时,根本没有灯,也不知道熊什么时候来。虽然他们有99.9%的几率不来,但0.1%的危险不知道什么时候会出现。”雷瑞波形容就像被关在一个小黑屋里,不知道“敌人”什么时候会突然出现。


他认为北极熊不骚扰,海冰就不会破。其实寒冷而极端的夜晚并没有那么可怕。


雷瑞波解释说,在漂流过程中,浮冰之间的力是不平衡的,受到科氏力的影响,海冰不断相互接触,单个海冰本身的各个部分受力不均,自行旋转。在多种因素的影响下,冰场会发生变形、汇聚或扩散、剪切或涡旋;单个浮冰在平移时也会旋转甚至断裂。冰脊会通过冰之间的挤压而形成,裂缝和水道会通过海冰的破裂和撕裂而产生。


海冰破碎往往发生在整个漂流过程中。在风暴的加持下,很多原本不显眼的裂缝会发展成冰缝甚至水道,然后海冰会被打破。


他记得2019年11月16日发生了一场风暴。在两次大气旋的叠加作用下,气象观测区、ROV观测区和遥感观测区与主冰站完全分离,成为一个孤岛。水路达到20-40米宽,与主观察区相连的电缆全部断裂。


如果风暴继续肆虐,海冰变得更加碎片化,冰面上的设备可能全部落入海中,刚刚走上正轨的观测会瞬间恢复原状,甚至可能需要重建冰站。在这样的极端天气下,人们基本不可能出去工作,调查的进度会严重拖延。


但在冬天的北极,除了祈祷大自然“回心转意”,别无他法。除了“熊出没”海冰,冬季冰站运行的另一个最大的危险源是——只北极熊。


因为北极熊有冬眠的习惯,所以在冬季北极探险中遇到北极熊的概率不高,但它们并不是一天24小时冬眠,可能会跟随人类生活的痕迹随时前来造访。


“有一次,一对熊和妈妈在船前踱来踱去,走着,爬着冰,蹲着,摆着各种姿势,满足了很多人的好奇心。”雷瑞波说,还有一次,一家三口来到手术现场,熊被旗子作为标志物吸引停下来玩耍,爸爸妈妈不停地回头看,打着招呼,给船上的科研队员直播了“熊出没”。


但是在北极的夜晚,如果人们近距离遇到熊,可能会带来致命的威胁。


“一般情况下,北极熊不会主动攻击人,但是在极度饥饿或者哼哼的时候会很有攻击性


雷瑞波表示,MOSAiC每次探冰作业都会配备专门的护熊队员,每个轮换人员在参加护熊工作前都要经过用枪培训。为了在北极熊接近时发出警告,在主要观察区域周围设置了带电的熊网,在一些重要区域设置了瞭望塔和探照灯。有时,信号弹和直升机被用来驱赶熊。


第一次参加防熊的时候,雷瑞波意识到防熊其实比观察更难。在体感温度接近零下25℃的天气里,他站着不动两个半小时,身体冰凉,永远无法分神。


在桥上看值班熊比较简单,但是需要非常小心。“每次往外看,都是朝时钟方向扫描,从天际线到船舷各个方向,聚焦操作区,每10分钟扫描一次。在极端的夜晚环境下,即使借助船上的探照灯,也很难看清远处。它只能尽力而为,却不敢掉以轻心。”


如果距离科研船太远,无法到达探照灯,只能靠头灯照亮周围的观测点,防熊更是堪忧。“因为大灯能照亮的最大距离只有50米左右,这么近的距离,如果没有合适的区域逃生,你就得用信号枪把熊赶走。”


雷瑞波说,MOSAiC的熊卫士一般都携带步枪和信号枪,但只能在距离北极熊50米左右时使用信号枪,无法逃脱;只有距离不到30米,熊越来越近的时候,人们才能在确定逃不掉的情况下考虑使用步枪。


“信号枪的作用是把北极熊从远处赶走,但信号弹必须打在北极熊身上。如果打在熊后面,可能会因为害怕而向人跑去,更危险。使用步枪的概率极低。第一,大多数人没有信心瞄准。第二,没有人会愿意向‘北冰洋的主人’开枪。”


在北极,雷瑞波总结了防熊的经验。遇到北极熊最好躲起来,躲不掉最好吓跑。总之,不要和北冰洋的“霸主”和“主人”有任何冲突,直到最后一刻。


小事故大麻烦


在MOSAiC工作的巨大强度和广度下,科学家们有时会忽略人们面对北极恶劣气候的适应能力是有限的。


漂流观察还没有正式开始,队友王杭在调配装备的过程中手指冻伤。


雷瑞波对极地冻伤有很深的理解。当他2006年在南极洲过冬时,他的手指严重冻伤,因为他在零下16度的野外没有戴手套。“在现场,我的手有点麻木。回到研究站,发现三个手指都冻住了,两个起了水泡。后来小手指局部肌肉坏死,两指手指甲脱落。”


根据当时的经验,雷瑞波告诉他不能用热水搓手指或吸手指,否则脆弱的血管会遭受二次创伤。根据船医的判断和治疗,王杭的手指没有问题,但是消肿恢复需要一段时间。


雷瑞波回忆说,王杭的手指在-12℃下连续工作3小时,应该已经冻伤了。“大多数时候,他在布置光学设备时只能戴一副薄手套。后来时间紧迫,他干脆不戴手套了。我心里也想过,这个早就做完了,不在乎提醒和关心。”


极地工作的高压让雷瑞波差点忘了自己还有一根手指在南极差点冻僵。


“这一次,只是回到船上摘下手套后,才发现受伤的手指根本没有血,也不知道疼。一半的冻伤只是和其他部分粘在一起。感觉自己又遇到大麻烦了。”


雷瑞波一度怀疑自己会失去这只手指。“其实冻伤的原理和烧伤是一样的。如果血管冻到肌肉后受损碳化,那就没救了。当时医生没有特别有效的治疗方法,只能一步一个脚印。”


他感到沮丧


雷瑞波的工作转移到实验室,主要是密封样品瓶中的冰,测量海冰在室温融化后的各种盐度,准备浮标进一步部署。


实验室的工作相对简单,但他的内心更焦虑,希望早日康复,重新冰释前嫌。“一方面,极地科研最重要的是野外工作,漂流是不可逆的,工作根本不能耽误;另一方面,我也不想和因为生病每天在野外忙碌的队友格格不入。”


回想起这段经历,雷瑞波还是感慨万千,这是他在整个漂流过程中经历的最危险的事故。“在极地地区,场景总是比想象的要难。如果能在工作中途热身缓冲,可能就没什么问题了。但哪怕是一点小失误,也可能带来很多麻烦,这是极地考察的特点。”



探险队员在修复冰站时造成的裂缝。照片由回答者提供

“北极海冰越来越像南极海冰”


在中国,多次去过南极的探险队员被称为“老南极”。


雷瑞波认为,在浩瀚的北冰洋中,对于瞬息万变的北极气候和海冰,无论谁只是一个“小北极”,都应该有一颗敬畏自然及其变化的心。


找浮冰建站的难度,风暴来临时撕坏的海冰,都在诉说着北极气候正在变暖,北冰洋的海冰越来越不脆弱的事实。



调查显示,北冰洋的气候变暖速率是全球平均值的2-3倍。近年来,全球变暖实际上是缓慢的,但在北极并没有减缓。北极气候研究作为全球变暖的放大器,关系到全球命运。比如北极气候中海冰的变化会影响中国等中低纬度国家冬季极端天气和气候事件发生的概率。”


雷瑞波说,正是因为如此,中国科学家才有了通过探索北极来提高冬季极端天气和气候事件预测水平的强烈愿望。


在中国以往的北冰洋考察中,在气候变暖、北极海冰迅速减少的背景下,大气-海冰-海洋的相互作用是重点方向。”但是我们对北极的了解还不够。此外,近年来,北极海冰变化迅速,呈现出各种前所未见的新特征。北冰洋变得更加复杂。我们迫切需要获得更多的观测数据来支持我们进一步了解。瞬息万变的北极。”


这也是中国积极参与MOSAiC国际合作项目的主要原因。在马赛克的整个漂流过程中,科学家们发现北冰洋最重要的变化是北极海冰越来越像南极海冰。


“这和我们过去想象的北极冬季海冰应该比较稳定的情况是不一样的。我想不到风暴一来海冰就被轻易撕碎了。“雷瑞波说,这是因为北极海冰越来越薄。海冰变少后,海水面积扩大,海冰与波浪的相互作用加强。因此,北极的动态破碎特征越来越类似于南极海冰。另一方面,从热力学角度来看,雪使海冰表面压在海平面以下,造成海水渗透,形成湿雪层,最后冻结成冰。”就像南极海冰的热力学过程一样。“


这种变化大大增加了北冰洋的不确定性,使得科学家试图通过增加对北极海冰过程的了解来提高气候模型的预测水平,这就有了更大的挑战。


雷瑞波深深觉得,无论是中国科学家还是国际科学家,都还有很多事情要做。


到今年10月,MOSAiC的一年漂流计划就完成了。雷瑞波透露,2023年马赛克观测数据将向全球公众开放。在此之前,参与该项目的所有科学家将陆续通过论文发表自己的研究成果,并根据最新的北极数据讨论气候模型能否更准确地描述北极海冰过程。


他还以日记的形式在MOSAiC里记录了自己所有的经历,并编了《《在北冰洋漂流的日子》》这本书。


“由于受到‘雪龙’极地科研船破冰能力的限制,我国没有独立组织北极冬季考察,但现在我们有了‘雪龙’