北冰洋科考队做了哪些调查

2023 年7 月24 日16 时34 分，中国第13 次北冰洋科学考察队搭乘“雪龙2”号极地科考破冰船穿越北极圈，进入北极海域航行。9 月14 日，科考队向南驶出北极圈，离开北极地区。在北极地区长达53 天的航行中，科考队聚焦中北冰洋太平洋扇区和加克洋中脊两大区域，开展了海洋综合调查作业、海冰综合调查作业、地质和地球物理调查作业，并按照考察计划完成了科学研究计划类项目和中泰、中俄国际合作项目。

海冰综合调查是什么？地质和地球物理调查有着怎样的意义？下面，我们就一起来了解。

海冰综合调查

海冰的作用有哪些

海水可吸收90%以上的太阳短波辐射，海冰冰面却能反射70%左右的太阳短波辐射，雪面则可反射90%左右。卫星数据显示，1984—2022年，北极海冰消融了2/3。

“在气候变暖的大背景下，北极是全球升温最快的区域之一。这一现象与海冰本身的作用和其大面积融化息息相关。”中国极地研究中心（中国极地研究所）副研究员、大洋队海冰组组长林龙介绍，地球如果保持长期适宜人类生存的环境，其温度必须相对恒定，需要地球以某种形式将太阳“给”到地球的热量“还回去”，这在很大程度上要依靠北极海冰反射太阳短波辐射。因此，极地的冷却作用在地球气候系统中扮演着至关重要的角色。

在全球变暖的大趋势下，海冰融化，海面比例就会增加，这时北极反射太阳辐射的能力成比例减弱，海面吸收太阳辐射的能力成比例增强，进而使得海冰融化加速，这就是“冰雪正反馈机制”。林龙表示，这种机制削弱了北极对于地球的冷却作用。

“海冰能够在极地气候变化中对海洋生态系统起到保护作用。如果气候变暖，海冰就多化一点，海水的升温就不会那么剧烈；如果气候变冷，海冰就增加一些，同样能避免海水温度的急剧下降。有了海冰这道‘屏障’，北极的生态系统在应对气候变化时就会更加从容。”林龙说。

海冰研究的目的是什么

在此次科考的海冰综合调查作业现场，科考队员用专业设备在冰面打洞，他们准备布放海冰物质平衡浮标，用来监测海冰的温度、冰厚、表面雪厚等参数。

科考队员进行海冰取样

“本次科考海冰综合调查作业的重要目的之一是研究海冰物质和能量的季节性演变过程及其与大气和海洋的相互作用，进而揭开更多关于北极气候变化的奥秘。”林龙说，“冬季的现场海冰观测难度极大，布放无人值守的海冰物质平衡浮标是获取全季节海冰物理数据的重要手段。”

除了物理学视角，海冰研究也是工程领域的重要内容。

每到一个海冰综合调查作业站位，大连理工大学高级实验师陈晓东都要在破冰船舷侧寻找合适的海冰来切割、采样，并统计每块冰的温度、密度、盐度、强度等参数。船舶与海冰碰撞时产生的瞬间冲击力要远远大于开阔海域航行时的水阻力，这对船舶的航行和结构设计是巨大挑战。掌握航行海域海冰的相应物理参数，可以为船舶设计提供参考。

海冰研究的难点在哪里

在海冰作业现场，部分精密仪器需要裸手操作，数据的记录需要录入电脑甚至手写。顶着寒风、踩着积雪，科考队员不仅要保持充足的体力，而且要有清醒的头脑和坚定的意志。

“在寒冷的环境下，人体机能会下降，人的思维也会变得缓慢，在一定程度上会导致试验效率和试验成功率明显降低。”陈晓东说。

“从宏观角度看，海冰研究周期长、消耗大。”林龙说，以北极为例，船舶只能在夏季航行，冬季难以抵达。即使有无人值守设备，也面临着潜在的海冰融化导致的设备故障等风险，故海冰研究对人力依然有较强依赖性。此外，船舶的航行、科考设备的运输及消耗也在客观上为海冰研究增加了成本。

地质和地球物理调查

地质和地球物理调查是什么

在解释地质和地球物理调查前，中国第13次北冰洋科考队队员、自然资源部第二海洋研究所副研究员沈中延拿出了一个苹果。“想知道这个苹果的内部结构非常简单，拿出一把水果刀，想怎么切就怎么切。”沈中延说，“但是，对于表面70%以上被水覆盖的地球这个‘大苹果’而言，我们没办法切开它。所以，要借助一些方法来搞清楚它的内部结构。”

海洋科学家们经过探索、实践，形成了海洋地质和海洋地球物理两门学科。沈中延介绍，海洋地质是通过获取海底沉积物、岩石等样品进行分析，以研究地球物质组成及地质环境演变的一门学科。海洋地球物理则是通过研究地球的重力、磁场等物理特性，来研究它的内部构造、结构以及演变过程的一门学科。

在本航次作业中，围绕两门学科开展的作业合称“地质和地球物理调查”。

科考队员准备进行箱式沉积物采样作业

科考队员采集海洋底质样品

关于两门学科的区别，沈中延解释：“海洋地质研究通过海底取样的方式分析样本，并根据观察与分析得出结论；海洋地球物理研究则需要通过专业仪器设备，采用物理手段进行探测，得出数据并进行分析。简言之，取样的就是海洋地质研究，不取样的就是海洋地球物理研究。”

开展调查研究有何意义

在此次科考中，重力柱取样是一项重要的作业内容。具体操作方式是将相关设备沉入海底，从海底泥表向下垂直取样，获得长达几米的海底沉积物柱状样本，并通过分析样本由深至浅的地质信息变化来了解地球地质环境的演变历史。

中国第13次北冰洋科考队队员、浙江大学博士生童政毅介绍，一般来说，离陆地越远，海底沉积物的沉积速度越慢。“我们执行作业的加克洋中脊海域靠近北冰洋中心区域，几米长的泥样可能包含了长达上万年的地球环境、气候演变信息。”

除了能帮助人们更好地认识地球，海洋地质和海洋地球物理研究同样具有实用价值。

“比如，在城市基建的拓展中，勘探人员可以通过专业的仪器发现地下空洞，从而对潜在风险进行规避。此外，海洋地质和海洋地球物理研究在考古、地下水勘探、资源勘探等方面也能起到至关重要的作用。”沈中延说。

相关研究利器有哪些

碎石取样器是本航次海洋地质研究的重要设备。童政毅表示，该设备主要取样海底火山喷发所产生的火山玻璃层，通过分析其化学成分和形成时间，进而指示该处在一定时间尺度内的环境变化。

碎石取样器的外观是柱状，其下部和上部有许多蜡块。取样时，取样器沉入海底，蜡块会接触海底底质，将海底的火山玻璃“粘”上来。

整个地质和地球物理调查作业中最精彩的环节莫过于海底大地电磁仪（OBEM）和海底地震仪（OBS）的布放和回收。

中国第13次北冰洋科考队队员、自然资源部第二海洋研究所助理研究员刘亚楠介绍，OBEM和OBS均为地球物理研究的重要设备，是经过组装之后的球状监测仪器，呈橘黄色，在使用时投放海底进行数据收集，并在当个航次进行回收。