南极东方站深冰层及冰下湖钻探技术

自1970年至今,前苏联和俄罗斯在南极东方站持续进行了近50年的冰层钻探活动,先后攻克了包含粒雪层、冰层、冰岩夹层和湖水冻结冰的复杂冰层钻进难题,逐渐形成了一套集热融取芯钻探、电动机械取芯钻探和分支孔钻探等为一体的深冰芯钻探技术。创造了冰层最深干孔钻进深度记录(952.4 m)、最深热融取芯钻进记录(2755 m)、最深冰芯钻探记录(3769.3 m),累计进尺达13000 m,并获取了总长超46 m的含湖水冻结冰样品的冰芯。东方站的钻探活动对极地冰层钻探技术的发展起到了巨大的推动和引领作用,同时积累了宝贵的深冰钻探经验。通过对东方站深冰钻探技术的系统梳理,将为我国正在实施的深冰芯钻探和即将开启的冰下湖科学钻探提供重要的借鉴。

2003-2018年Byrd冰川流域冰下湖活动及水文联系--多源卫星测高数据监测结果分析

南极冰盖下流动水、活跃冰下湖的活动对冰动力学、接地线稳定性和冰盖物质平衡都有重要影响。本文结合ICESat和CryoSat-2测高卫星数据集,分别运用重复轨道法和差分DEM法,对Byrd冰川流域17个活跃冰下湖进行长达16年的监测,并计算其平均高程和平均水量变化,总结活跃冰下湖的水文特征。根据水势方程获取了此区域的冰下排水路径图,结合冰下湖的位置和活动情况分析其相互间的水文联系。结果表明Byrd冰川流域多个活跃冰下湖间存在明显的水文联系:Byrd1和Byrd2冰下湖具有以2~3年为周期的储排水活动规律,并且Byrd1冰下湖主要受到上游Byrd2冰下湖活动的影响;Byrds9和Byrds14分别受到上游Byrds11和Byrds15冰下湖排水的补充,使湖水水量持续上升。

南极冰下湖的发现及其意义

通过分析航空６０ＭＨｚ无线电回波数据，目前在南极已发现７７个冰下湖。其中，最著名的是Ｖｏｓｔｏｋ湖。这些湖泊主要是由于地热流，以及冰层底部滑动和冰内变形产生的热量，使冰盖底部冰温上升到压融点，并缓慢融化冰层形成的。冰下湖的发现具有冰川学、地质学，尤其是潜在的重要的生物学意义。

南极冰下湖潜伏前所未见生命形式

中国科技网讯据《赫芬顿邮报》及《连线》杂志在线版9月11日消息称,英国科学家近日于南极冰下湖的泥浆里发现了距今10万年的生命迹象。这些证据表明在某种极端恶劣条件下,生命仍有存活的可能。而南极冰下湖封闭、营养贫乏的环境,亦帮助科学家们深入了解在地球及其他行星上最严酷的地方,生命形式是如何生存的。

基于卫星测高技术的南极冰下湖研究进展

冰下湖是南极冰盖底部地形环境的重要组成部分,对冰盖底部温度和热力学状态具有重要的影响,目前已经在南极发现400余冰下湖。早期冰下湖的探测主要利用无线电回波探测(RES,radioecho sounding),而测高卫星的出现给冰下湖的监测提供了更多可能。随着ICESat、Cryosat-2等测高卫星在冰下湖监测中的应用,冰下湖的研究取得了显著性的进展。总结分析了测高卫星在南极冰下湖应用的研究进展,对测高卫星在南极冰下湖研究的主要成果及研究方法进行了详细阐述,展示了测高卫星在南极冰下湖监测方面的优势,并选用测高精度较高的ICESat卫星测高数据,分析了Totten流域冰下湖的表面高程变化异常。

基于ICESat的南极冰下湖活动监测方法

南极冰下湖是冰下水文系统的重要组成部分,研究冰下湖的活动对冰下水文、冰流速、冰盖物质平衡以及海平面变化有着重要的意义。介绍了利用ICESat重复轨道算法监测冰下湖活动的方法,并针对冰下湖不同活动情况进行了仿真实验,以东南极Academy12和CookE2冰下湖为例分析了该算法在实际监测中的应用。结果表明,两个冰下湖的活动导致其冰盖表面分别产生最大约6 m的上升和最大约70 m的下降。此外,当冰下湖高程变化在ICESat数据时间段内呈恒定的变化规律时,利用全部数据和重复轨道算法可得到不受地形影响的高程变化;当高程变化规律在该时间段不恒定时,需根据实际高程变化情况选取部分测高数据解算地形,从而保证得到正确的高程变化监测结果。

利用ICESat测高数据的东南极Totten冰川流域冰下湖活动监测及水文分析

利用ICESat/GLA12激光测高数据,使用重复轨道最小二乘平面拟合的方法,计算得到东南极Totten冰川流域Totten1、Totten2和Wilkes1冰下湖在2003-2009年间的高程和水量变化。结合BEDMAP 2数据集生成的水流路径分析冰下湖间的水文联系。结果表明,3个冰下湖在该时间段内有水的持续流动,Totten1和Totten2冰下湖水流入和流出较频繁,Wilkes1冰下湖则在观测时间内水量持续增加。此外,通过分析发现,Totten2冰下湖活动存在周期性。湖水变化特征和冰下水流路径表明这3个冰下湖之间存在一定的关联性。

极地深层热水钻回水软管及注热软管热流特性研究

深层热水钻是开展极地冰下湖洁净钻探取样的重要工具。井下回水系统是深层热水钻的关键组成部分,主要包括回水软管、注热软管、潜水泵和回水腔等。回水软管用于抽取回水腔中的融水至地表以实现循环利用,而注热软管则用于将地表热水注入回水腔以防止其冻结。回水软管和注热软管的热流特性对井下回水系统设计十分重要,但目前还未开展系统研究,其压力损失和温度损失的变化规律尚不清楚。本文首先基于达西-魏斯巴赫公式和苏霍夫温降公式提出了回水软管和注热软管热流特性的理论计算方法;然后,在COMSOL Multiphysics 5.6软件建立了两种软管热流特性的数值模拟方法,并与理论计算结果进行了对比;最后,系统分析了流量、内径、长度、进口水温、导热系数、内壁粗糙度、冰层温度、壁厚等因素对回水软管与注热软管压力损失和温度损失的影响规律。研究结果指出了影响回水软管与注热软管热流特性的主导因素,得到压力损失和温度损失的大小,从而为设计安全高效的井下回水系统提供了理论支撑。

南极大陆的冰下湖

最后发现的静谧大陆。Antarctica,这个英文单词源自希腊语,意为北极的对面,即南极洲。南极一直是地球上最神秘的地方之一,也是最晚被发现的大陆。18世纪,英国人库克船长希望找到一片水草丰美、气候适宜的陆地以便进行殖民统治,由此开始了充满艰辛与惊奇的环绕大洋航行。期间,他几次进入南极圈,并于1775年首次登上了南大西洋的南桑威奇这个覆满冰雪的岛屿,然而他并未见到南极大陆。

基于多源空间测量技术的南极冰下湖研究进展

冰下湖是南极冰盖底部地形环境的重要组成部分,其存在对冰盖物质平衡及稳定性、全球气候和海平面变化有重要的影响.近50年来,随着多种探测技术的发展,南极冰下湖的研究取得了显著的进展.本文总结分析了南极冰下湖的研究进展,重点介绍了动态冰下湖和冰下水系的发现过程和研究意义.并在此基础上,对南极冰下湖研究领域的一些主要成果及基于大地测量手段开展冰下湖研究进行了详细评述.提出监测冰下融水迁移的可行性方案,并评述了其实现途径.

南极冰下湖底泥浆中发现生命迹象

近日研究人员在南极洲被冰覆盖的湖泊底部泥浆里发现了生命迹象。研究这样极端且封闭的环境里的微生物可以帮助科学家理解生命在地球以及潜在的其他行星等最严酷的地方是如何存活的。英国南极调查局和其他组织的科学家们凿开了冰盖,从位于南极半岛93米深的霍奇森湖底挖掘了某些干净的沉积物样本。目前。

冰雷达探测研究南极冰盖的进展与展望

南极冰盖是地球上最大的陆缘冰体,其物质收支和稳定性对全球气候变化和海平面升高有重要的影响。冰雷达,或称无线电回波探测,是冰川学家调查南极冰盖冰下特征的主要方法。在过去的50年里,冰雷达被广泛用于测量冰盖厚度、内部构造和冰下地貌,这些参数是计算冰盖体积和物质平衡、重建过去冰雪积累和消融率以及冰盖动力和沉积过程的基础。现在,冰雷达测量覆盖了南极绝大部分区域,极大地提升了人们对南极冰盖和全球系统间相互作用的理解。首先,简要介绍了冰雷达及其技术发展,然后着重评述了冰雷达在探测研究南极冰盖厚度和冰下地形、内部反射层、冰下湖和冰下水系、冰床粗糙度以及冰晶组构上的进展。最后,对未来冰雷达探测研究南极冰盖的前景进行了展望,并给出我国的现状。

东南极内陆格罗夫山地区冰厚及冰下地形特征

中国第30次南极科学考察队格罗夫山分队(CHINARE30,2013-2014年)利用雪地车载深层探冰雷达在东南极格罗夫山地区开展了测线总长度超过200 km大范围、高分辨率的冰厚及冰下地形调查,获得了哈丁山北部和萨哈罗夫岭与阵风悬崖之间详细的冰厚及冰下地形特征.通过对雷达数据分析表明,哈丁山北部区域平均冰厚为580 m,最大冰厚超过1 000 m,出现在该区域的东北方向,而东南方向冰厚相对较小;萨哈罗夫岭与阵风悬崖之间区域的平均冰厚为610 m,最大冰厚超过1 100 m,该区域槽谷发育十分成熟,槽谷形态近似呈U型.通过对雷达剖面影像的筛选和分析,推测在格罗夫山地区可能存在2个液态冰下湖泊.

南极研究科学委员会(SCAR)行动计划Bedmap 3项目进展

冰厚和冰下地形是南极冰盖的基本几何特征参数,不仅是准确估算南极冰盖总量、揭示南极大陆地貌特征的基础,更是冰盖动力和地球系统模式评估南极冰盖物质平衡及其对全球气候和海平面影响的重要输入条件。此外,冰下地形作为南极冰盖的下界面,通过摩擦阻力影响冰盖流动,并与冰下水的流动路径紧密相关,是影响冰盖快速变化和不稳定性的重要因素。冰厚和冰下地形还是包括深冰芯、冰下湖、冰下基岩和沉积物等在内的各类南极冰盖钻探选址的重要依据。因此,高效精细地测绘南极冰盖的厚度和冰下地形,具有重要的科学价值。

基于无人机遥感技术的南极冰川表面冰坑监测

冰坑(ice doline)是指冰川表面因塌陷所形成的特殊地貌,由于冰坑的规模通常较小,相关的高分辨率遥感数据十分匮乏,加之其形成具有突发性和偶然性,目前的研究尚不充分.已有的研究主要通过对冰坑形成后的表面特征分析得出,对形成前冰面的应力应变状态尚缺乏有效观测数据支撑.在我国第33次南极考察期间,中山站至内陆出发基地的达尔克冰川表面发生了塌陷,形成了冰坑地貌.在达尔克冰川开展长时间序列的无人机遥感监测,获取了塌陷事件发生前后多期高分辨率无人机遥感数据.利用该数据处理得到的塌陷区高分辨率数字高程模型(DEM)和数字正射模型(DOM),分析了塌陷发生前后冰面地形变化和融池分布,发现此处冰坑地貌的形成与冰下径流、冰上的融水过程有重要关系.

南极冰下水文研究进展

南极冰下湖和冰下水系的广泛发育,不仅可以改变冰盖基底环境,影响底部滑动过程,冰下水系的排水活动还可以淡化海水,降低临近的洋流深部温度,是影响冰盖稳定性及其对全球海平面和气候变化贡献的因素之一。因此,开展南极冰下水文及其对南极冰盖动力学、南极冰下地貌演化进程和南极冰盖-海洋相互作用的影响研究具有极其重要的意义。冰下水文系统是包括冰盖、冰下水、冰下湖泊、沉积物、基岩、地下水、水流通道和海洋在内的复杂的相互作用的集合。当前可利用卫星测高仪和其他先进的地球物理方法(如无线电回波探测技术、地震技术、磁法勘探技术)来观测和研究南极冰下水系,另外,通过数值模拟可以更好地解释冰下水的形成、活动和排泄以及陆地水-海洋的交互作用。本文依次综述了南极冰下湖、南极冰下水文系统与模拟以及冰下水文与冰架及海洋系统相互作用的研究进展,并给出了未来南极冰下水文系统研究的重点方向。

南极冰盖垂直温度场观测系统的设计与应用

极地冰下温度剖面的观测可为极区科学考察站的建设、南极冰下湖资源的开采等工程提供重要依据。近年来,国内外研制的温度观测系统,主要针对北极海冰环境设计,而南极冰盖下的温度场观测鲜有提及。本文提出一种在南极地区恶劣环境下,基于半导体温度传感器的冰下温度场分布观测系统。通过对电路结构和软件控制流程的设计,解决低温环境下能源消耗过快的问题。针对南极冰盖下单总线信号长距离传输困难的问题,对传输线缆进行分析,重新计算并依据结果调整硬件结构与程序。为检测系统能否满足观测需求,进行了温度精度与系统功耗的测定实验,达到数据稳定回传的目的。系统于中国第35次南极科学考察期间布放在我国南极昆仑站区域,获得超过6个月的南极冰盖温度场观测数据。

冰下生命寻踪记

科学家在南极西部冰盖下数百米探查到一个被埋了数千年的冰下湖泊。科学家想知道的是，在这个与世隔绝的冰下湖里是否也有生命存在……

发现火星水!

科学家发现火星地下有好几千米深的水体。它能支持生命吗?'欧洲空间局的一个科学家团队于2018年7月25日宣布,他们发现火星南极冰盖下面有一个大型水体。该发现是一项为期10年的专题研究的成果,它可能改变发现火星生命的概率。