本文经微信公众号“星球研究所”授权转载
地球上最伟大的表演
文 | 星球研究所
从走出非洲
到占据每一块大陆、每一座海岛
现代人类对地球的开拓已经超过
7万年
我们一代代繁衍、一代代生息
一代代大刀阔斧重塑地球
这颗星球上的任何一处地方
我们都有足够的理由将其称为
人类家园
（7万年是以智人走出非洲为起点计算；下图为2015年10月12日NASA月球勘测轨道飞行器LRO拍摄的“地出”画面，拍摄点为月球轨道，画面下方为月球康普顿环形山，画面上方的地球恰好展现出人类起源的非洲）
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唯有位于地球最南端的
南极大陆
是个例外
从1821年2月7日
海豹猎手约翰·戴维斯（John Davis）
驾船登陆它的边缘一角算起
人类与南极的接触不足
200年
它生存环境极为恶劣
至今没有永久性居民
更像是一个被人类刚刚闯入的
异星世界
（关于人类第一次登陆南极大陆的时间，学界仍有争议，没有争议的登陆记录是1895年，相比之下又晚了70多年；因为对南极洲存在领土主张，阿根廷、智利等国曾安排女性在南极生产，诞生所谓的“南极宝宝”，至今已超过10人，但国际社会一般不认可其永久居民的身份；下图为南极洲位置示意图，纯白色为南极大陆及冰架，浅白色为2012年海冰覆盖范围，绿色大陆为南美洲，图片源自@NASA）
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然而就是这样一个不宜居住的异域
却孕育出了完全不同于人类世界的另一种繁华
它拥有全球最为独特的生态系统
包括全球数量最大、繁衍最成功的动物
在极为荒芜、冷酷的自然条件下生生不息
堪称地球上最伟大的表演
这一切并非与生俱来
而是要从南极大陆的“风”“流”说起
Ⅰ
2亿年前
地球上的陆地主要由两部分构成
劳亚古陆（Laurasia）盘踞北半球
南极、非洲、南美洲
印度、澳大利亚等地则连成一片
共同构成了南方大陆
冈瓦纳古陆（Gondwana）
（图片源自@维基百科）
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虽然同样位于极地
但此时的南极远没有今天这般寒冷
而类似于今天从北京到漠河的气候
银杏、松柏、蕨类、苏铁等植物生长茂盛
森林绵延、绿草如茵
各种古兽繁衍其间
甚至大批恐龙也在之后迁徙而来
一时间物种昌盛、万象更新
（下图为水龙兽，是2亿年前南极大陆上的代表性动物，身长从0.6米到2.5米不等，上下颌前端可能有喙状嘴，用来切碎植物，两颗长牙自上颌延伸出来，成为它的显著标志；图片源自@Dinopedia）
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如若照此发展
也许我们今天看到的南极
与亚欧大陆并不会有太大的差别
但是
1亿多年前
关键性的转折出现了
冈瓦纳古陆开始分裂
澳大利亚、非洲、南美洲等陆块纷纷向北漂移
印度次大陆更是如箭离弦般
向亚欧大陆飞速撞去
只有南极陆块孤零零地留在原地
（1.4亿年前至今的板块运动示意图，原视频制作@Christopher Scotese，星球研究所加工修订）
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2500万年前
随着南美洲与南极洲最后勾连的手指
被板块运动的洪荒之力无情切断
一个以南极点为中心
四面环海、特立独行的大陆
南极大陆
诞生了
（下图中：南美大陆与南极大陆各自向对方伸出了一条细长的陆地，仿佛是刚刚分离的手指，两个手指之间即是德雷克海峡；与我们平常所见的地图不同的是，它采用皮尔斯梅花投影法制作，可以更好地展现南极与其他大陆的关系；白色曲线分别为经线、纬线；制图@Daniel R. Strebe）
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它面积高达1400万平方千米
比中国或美国的国土面积还要高出50%
（南极大陆与美国本土对比图，图片源自@NASA）
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南极大陆四周没有其他陆地、山岳的阻隔
“风”率先降临
它自西向东环绕南极一周
无遮无拦的海面上风力时常高达7级以上
人称咆哮西风带（Furious Fifties/Screaming Sixties）
（西风带的形成与地球自西向东的自转等因素有关，南极与其他大陆的分离极大加强了风势；下图为2012年12月-2013年3月环绕南极的西风带示意图，数据源自美国国家海洋和大气管理局NOAA，原视频制作@Matt Owens，星球研究所加工修订）
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强风吹动海面，形成海浪
大小海浪又汇聚为更强大的洋流
洋流环绕南极，同样无遮无拦
流速越来越快，规模也越来越大
最终形成了一个宽600-2000千米
深达2-4千米的超级洋流
南极绕极流（Antarctic Circumpolar Current）
这便是“流”
它是世界上最大的洋流系统
流量超过全球所有河流总径流量的
100倍
（南极绕极流不同位置的流量有差异，此处以德雷克海峡为准计算；南极绕极流的形成原因还包括地球自转；下图为2006年7-12月的南极绕极流，原视频制作@NASA）
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咆哮西风带、南极绕极流
共同构成了南极大陆的外围屏障
风雷滚滚、海浪汹汹
至今仍是许多南极航海家、旅行者的“噩梦”
（正在通过德雷克海峡的船只与巨浪，是世界上最危险的航道之一，摄影师@Robert Harding）
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更重要的是
“风”与“流”两大屏障将整个南极包裹在内
来自北方的暖流难以进入
内部的寒流亦难外散
内外热量交换受阻
南极大陆几乎被“封印”其中
气候开始加速变冷
大量降雪纷纷飘落、终年累积
高山上率先发育出巨大的冰川
将山峰切割得尖削凌厉
（北极要比南极温暖得多，墨西哥湾暖流可以直抵北冰洋，北纬78度全球最靠北的城市斯瓦尔巴冬季温度比南极同纬度高出20度；下图为埃尔斯沃思山脉群山，其中文森峰海拔4892米，是南极洲最高峰；摄影师@Kyle Thompson）
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就连那些燥动不安的火山
也被冰雪包围
（从太空拍摄的南极火山群，下方火山口最突出者为西德利火山，海拔4285米，是南极洲海拔最高的火山；照片上看似狭小的火山口，实际宽度超过5千米；图片源自@NASA）
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当大雪堆积超过千万年
即距今
1400万年前
南极98%的陆地
都被巨大的冰盖所笼罩
（超大面积的冰川像盖子一样覆盖陆地，是为冰盖；下图为NASA根据卫星图像合成的南极冰盖图，冰盖反射阳光，呈现出一种激动人心的珍珠光泽，大陆伸出的一角为南极半岛，大陆中部巨大山脉为横贯南极山脉）
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冰盖平均厚度高达2300米
最厚之处可以达到4700米
相当于将3个泰山高度的冰雪叠加
巨大的重量压迫陆地下陷
甚至严重低于海平面
（冰盖厚度数据为现今的数据；下图为去除冰川后的南极陆地示意图，约50%的陆地将被海水淹没；图片源自@NASA）
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另一方面
覆盖南极大陆的冰盖
如同一顶中间高、四周低的帽子
帽顶的空气因受冷而密度增大
沿着帽子的斜面急剧下滑
“风”再次形成
它名为下降风（Katabatic wind）
是地球上威力最大的风暴之一
其肆虐迅猛，所到之处物毁土崩
它呼啸着抵达海岸，横扫大洋
（目前地球上测得的最大风力便在南极，因此它又被称为风极；2009年9月16日卫星拍摄的特拉诺瓦湾Terra Nova bay，下降风在海面上留下了清晰的痕迹，图片源自@NASA）
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下降风极为寒冷
再加上其他诸多因素
海洋也跌入酷寒之中
从太空俯瞰
地球开始上演一场壮观的“新装发布会”
白色的海冰正向四面八方扩展
似乎要让蓝色星球换新颜
（2015年9月21日的南极海冰范围，图片源自@NASA）
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海冰厚达2米
陈年的冰层更是能达到5米
它们互相挤压摩擦，嘎嘎作响
即便最强大的破冰船也只能择机而行
（2013年中国南极科考船雪龙号曾被海冰围困，最后在风向转变海冰散开后，才得以脱身；下图为澳大利亚的一艘破冰船在南极麦克默多湾行驶的画面）
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冰封的大陆、冻结的海水
南极已经彻底由绿色天地
转变为万物肃杀的冰雪世界
曾经生机勃勃的动植物
包括陆生动物、大多数鱼类都走向了灭绝
（下图为畸齿龙化石，曾于1亿年前生活于南极；图片源自@维基百科）
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贫瘠荒芜，一片死寂
生命就这样结束了吗？
（南极徒步者，摄影师@周哲峰/德迈极地旅行）
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当然不是
因为一场“风”与“流”造就的生命大戏即将上演
南极便是生命的秀场
Ⅱ
覆盖南极的巨大冰盖并非静止不动
而是会从高处向低处流动
形成冰流
（南极冰流示意，原视频制作@NASA）
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当冰流到达海岸
会在海岸边矗立起巨大的“冰墙”
（帆船与海岸“冰墙”，摄影师@黄国伟/德迈极地旅行）
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冰流继续向前，延伸至海面之上
便会形成冰架（Ice Shelf）
冰架断裂，在海面上四处漂浮
是为冰山（Iceberg）
（冰架冰山形成示意图，以南极罗斯海为例；注意冰山与海冰不同，冰山由陆地上的冰川形成，而海冰由海水直接冻结形成；制图@SV Medaris，星球研究所标注）
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南极大陆边缘74%的海域
都被连绵不绝的冰架覆盖
（请将手机横屏观看，摄影师@柳叶刀）
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当这种冰架的前缘断裂
所形成的冰山往往呈现桌状
（2010年在Weddell Sea拍摄的桌状冰山，宽度超过300米，图片源自@德迈极地旅行）
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可以高达数百米
（注意冰面上的企鹅，摄影师@Chris J Wilson）
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在海浪、狂风的不断侵蚀下
变得形态万千
（第1张图，摄影师@郭际；第2张图，摄影师@周三哥）
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有时冰层中还会混入大量的沉积物、岩石
冰山因而呈现出巧克力蛋糕般的外观
（拍摄于Elephant Island，冰上为企鹅）
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然而无论冰山多么巨大
在大洋的汹涌波涛之下
都难逃分崩离析的命运
（拍摄于拉美尔水道，冰上黑点为企鹅，摄影师@Clement Vial/德迈极地旅行）
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大量的冰架、冰山不断融化
为大洋带来富含氧气的冷水
再加上剧烈的洋流
将海洋深层的营养物质搅动到海面
冰架、冰山周围
形成了氧气与营养物质都极大丰富的上升流
地球上最伟大的表演正式开始
1
首先登场的是
以硅藻为代表的浮游植物
它们个体极小，只能用微米衡量
（北极海域的营养物质不如南极丰富，赤道海域则是氧含量低于南极；冰山融水带来的铁元素也是生命繁衍的关键，具体可参见“铁限制假说”；下图为硅藻的一种，图片源自@NASA）
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就是这样小小的生命
凭借着异常丰富的种群
将海水、浮冰“染”成绿色或棕色
（拍摄于Pleneau Bay，海水因充满藻类而呈现绿色，摄影师@David Doubilet）
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2
紧接着
南极磷虾登场
它们以藻类为食
体长只有5厘米左右
却是这颗星球上数量最大、繁衍最成功的动物
保守估计总量超过5亿吨
（图片源自@维基百科）
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它们喜欢集群活动
每立方水体可以聚集几千到数万条
在洋流和浮冰的驱动下
流云般地来去无踪
（图片源自@MarineBiology）
▼
3
如此巨大的磷虾种群
可以支撑的生物链远远超过人们的想像
鱼类便是其中之一
（一种小型南极冰鱼，呈现透明状，图片源自@Uwe kils）
▼
与其他大洋的鱼类相比
南极鱼进化出了极强的“抗冻”能力
最具代表性的南极鳕鱼
它的循环系统中含有一种糖蛋白
可以有效防止血液冻结
类似于人类在汽车中使用的防冻剂
（图片源自@Oceanwide Expeditions）
▼
4
鸟类也在南洲大陆边缘
以及周边岛屿上繁衍起来
数量多达2亿只
它们以南极磷虾、鱼类、乌贼等为食
（下图为黑眉信天翁，利用最小的气流就可以在南大洋上空滑翔；图片源自@澳大利亚南极事务部）
▼
身形优雅的漂泊信天翁尤其惹人瞩目
它的翼展可以长达3.7米
是现存翼展最长的鸟类
（漂泊信天翁，图片源自@澳大利亚南极事务部）
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不过
真正大红大紫的鸟类并非信天翁
而是早已失去飞翔能力的企鹅
数千万年前
企鹅的祖先放弃了天空
它们专注于游泳
以便在大洋中获得更多的磷虾、鱼类等食物
（3700万年前的巨企鹅与人类、现在的帝企鹅对比，图片源自@New Scientist）
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如今，企鹅家族已多达19种
其中居住在南极、亚南极区域的共有8种
（请将手机横屏观看；企鹅家族图谱，目前种数仍有争议；制图@Barbara Harmon，星球研究所标注）
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从绅士般的王企鹅
（拍摄于Fortuna Bay，摄影师@黄国伟/德迈极地旅行）
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到“浑身是戏”的帽带企鹅
（拍摄于Half Moon Island，摄影师@梁沛文/德迈极地旅行）
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再到高大、坚毅的帝企鹅
（拍摄于Gould Bay；帝企鹅比王企鹅更高大，王企鹅颈部的黄色比帝企鹅更明显，这是简单分辨二者的关键；摄影师@Gunther Riehle）
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南极为它们提供了最适宜的舞台
它们或是独自顶风冒雪
（巴布亚企鹅，摄影师@阿刘）
▼
或是双栖双宿、浓情蜜意
（交配中的阿德利企鹅，拍摄于Brown Bluff，摄影师@Lorraine Turci/德迈极地旅行）
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它们哺育后代
（帝企鹅，摄影师@Gunther Riehle）
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它们互相依偎
（帝企鹅幼崽在暴雪中挤在一起，摄影师@Gunther Riehle）
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在那些宽阔的营巢地
企鹅可以多达数十万只
成为南极大陆上最壮观的景象之一
（南乔治亚岛上的王企鹅，摄影师@黄国伟/德迈极地旅行）
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5
大型的海洋哺乳动物也接踵而来
例如有着细小耳朵的海狗
（摄影师@黄国伟/德迈极地旅行）
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体型臃肿的象海豹
（拍摄于St. Andrews Bay，摄影师@黄国伟/德迈极地旅行）
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还有喜欢凿洞的威德尔海豹
以及豹形海豹、食蟹海豹、罗斯海豹等等
（一只捕获猎物的威德尔海豹正钻出冰洞，摄影师@Helen Baird）
▼
胃口巨大的鲸鱼
也时常在南极海域出没
从喜食磷虾、重达200吨的蓝鲸
到常以优美姿势跃出水面的座头鲸
再到顶级掠食者虎鲸
（座头鲸，摄影师@Ari Friedlaender）
▼
Ⅲ
就这样
“风”与“流”冰封了白色大陆
却又创造出了独特的生态系统
从单细胞的硅藻到成群的磷虾
从优雅的信天翁到最引人瞩目的企鹅
从种类众多的海豹到上百吨重的巨鲸
万物竞发、生机勃勃
堪称地球上最伟大的表演
（南极生态系统简化示意图）
▼
而我们人类
只需要做一名安安静静的看客
（按照规定，人类需要与企鹅保持5米以上距离，此时旅行者已经停下脚步，仿佛一次会晤；摄影师@Jennifer Wressel）
▼
... The End ...
发表于 2017-11-24 23:51
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