南极洲横贯山脉86°24'S的冰冻池塘：高海拔地表水体的古环境记录

《Antarctic Science》：A frozen pond at 86°24′S in the Transantarctic Mountains, Antarctica

本刊推荐：为探究南极冰盖边缘高海拔地区地表水体特征，研究人员对横贯山脉尼森高原86°24'S的冰冻池塘开展综合研究。通过分析1963-1964年野外记录、USGS航拍照片（TMA 2190 33R 0075）及2010-2024年卫星影像，证实该池塘位于海拔2350米处且长期保持冰冻状态。研究首次系统报道了南极最高海拔池塘的形态特征，为理解冷基冰川作用（cold-based glaciation）区地表过程及气候变化响应提供了关键案例。

　　

在南极这片被冰雪覆盖的白色大陆上，横贯山脉如同巨大的骨架贯穿整个大陆，其中隐藏着许多科学奥秘。尽管南极绝大部分地区被厚厚的冰盖所覆盖，但在山脉区域，由于特殊的地形和气候条件，会形成一些无雪无冰的裸露区域，这些区域被称为"南极绿洲"。在这些绿洲中，地表湖泊和池塘并不罕见，它们主要形成于基岩或表层碎屑（surficial debris）缺乏永久冰雪覆盖的地方。南极麦克默多干谷（McMurdo Dry Valleys）的湖泊和池塘早已为科学家所熟知，并成为研究南极生态系统、水文过程和古环境变化的重要窗口。

然而，随着科学考察的不断深入，科学家们在南极更偏远、更高海拔的地区也发现了地表水体的踪迹。这些高海拔水体对于理解南极气候变化、冰川进退历史以及极端环境生命演化都具有重要意义。但是，由于这些地区环境恶劣、可达性差，对这些水体的系统研究仍然十分有限。特别是位于南极横贯山脉深处尼森高原（Nilsen Plateau）的高海拔池塘，由于其特殊的地理位置和环境条件，可能蕴含着独特的科学价值。

尼森高原是一个位于86°22'S和159°00'W附近的孤立山脉，地处阿蒙森冰川（Amundsen Glacier）上游东侧。这个高原的西侧是一个超过1000米高的陡崖，岩石露头构成了陡崖的大部分，其间被间歇性小峡谷切割，这些峡谷中分布着一些未能到达阿蒙森冰川的小型冰川。该地区的地质背景复杂，包含下古生代火成岩和变质岩，被侵蚀面截切，上覆厚厚的二叠纪和三叠纪非海相砂岩和细粒沉积岩序列，所有这些岩层都被下侏罗纪辉绿岩岩床（dolerite sills）侵入。

正是在对尼森高原地质进行数字化更新的过程中，研究人员在美国地质调查局（USGS）的航拍照片上发现了一个冰冻池塘表面。这一发现促使研究团队进一步查阅了W.E. Long在1963-1964年野外季节的野外记录本，该记录本最近在美国极地岩石库（US Polar Rock Repository）中可供查阅。记录本中确实提到了这个冰冻池塘的存在，但缺乏详细描述。

研究人员开展的系统研究表明，这个位于86°24'S、159°30'W的池塘是迄今为止在南极发现的海拔最高（约2350米）且位置最靠南的池塘之一。通过南极参考高程模型（REMA）的25米等高线间隔数据，研究人员精确确定了池塘的海拔高度。当W.E. Long在1960年代初期观察到这个池塘时，它看起来很浅且处于永久冰冻状态。这个池塘必须依靠季节性融雪补给，覆盖在表层或冰碛碎屑之上。

通过对2010年12月至2024年12月期间的卫星图像分析，研究人员发现只有有限数量的图像能够清晰显示这个池塘，这主要是由于云覆盖或深阴影的影响。能够显示池塘的20幅图像表明，图3中右侧（南侧）明显的"海岸线"实际上是其所处洼地积雪覆盖造成的假象，明显的边缘在不同图像之间有所变化。

池塘的尺寸估计不超过20×50米，规模较小。在图3北部（左侧）的一个小型积雪覆盖区域可能也是一个冰冻池塘。池塘存在于一个面向西的基岩平台上，该平台覆盖着表层碎屑，位于当前冰面以上约450米处。对于池塘存在的时间长度，研究人员认为这仍然是一个推测性的问题。其明显的浅层特性表明，这可能取决于长期的气候趋势。

研究人员还发现了另一个小型冰冻池塘，由W.E. Long拍摄的照片记录。这个池塘的位置无法确切确定，尽管它必须位于"风隙"（Windy Gap，非正式名称）的东南方向。从照片判断，它位于与"风隙"本身基部大致相同的高度（约2000米，REMA高程）。

在区域背景方面，沿着横贯山脉的更隐蔽位置，地表融化和相关的流动水并不罕见，其中麦克默多干谷的奥尼克斯河（Onyx River）是最大的例子。其他溪流出现在南维多利亚地（USGS罗斯岛及周边地形图）。2002年12月，在艾伦山（Allan Hills）海拔高达1800米处观察到了流动水的证据。更南边，1991年12月，在法拉山（Mount Falla，84°22'S）海拔约3000米处，观察到水从面向北的砂岩和细粒沉积岩斜坡上滴下。

尼森高原池塘最近的表层湖泊和池塘出现在莫兰峡谷（Moraine Canyon），位于北部短距离处，海拔约1400米（REMA高程），这些似乎覆盖在冰川碎屑上。USGS尼森高原地形图上显示了三个湖泊或池塘，位于约86°9'S、157°35'W，但这些在USGS航拍照片上难以区分。

在拉戈斯山脉（La Gorce Mountains），位于斯科特冰川（Scott Glacier）地区东南约90公里处，在一个冰核冰碛上发现了许多小型浅池塘。这个地点略偏南（约25公里），海拔较低（低于2000米）。向西北方向，USGS利夫冰川（Liv Glacier）地形图显示了沿着毗邻罗斯冰架（Ross Ice Shelf）的山麓以及沙克尔顿冰川（Shackleton Glacier）和利夫冰川之间约84°35'S处的许多湖泊。这些很可能是冰上的融水湖。

有记录和检查的、占据冰川雕刻景观的最近池塘出现在赫金山（Mount Heekin）地区约85°05'S处和沙克尔顿冰川下游毗邻约84°55'S处。两者都位于尼森高原西北约200公里处。海拔要低得多（低于约1000米），除了赫金山西北的一个冰冻池塘，海拔1250米（REMA高程）。

有文献记载的湖泊和池塘出现在横贯山脉的杜费克山（Dufek Massif）以及从斯科特冰川到北维多利亚地的特拉诺瓦湾（Terra Nova Bay）地区。

主要技术方法

本研究主要采用了多时序卫星遥感分析技术，利用美国地质调查局（USGS）历史航拍照片和南极参考高程模型（REMA）数据进行地形定位，结合极地地理空间中心（PGC）提供的2010-2024年卫星影像序列，通过对比分析方法评估池塘的长期冰冻状态。研究还整合了野外地质记录资料，特别是1963-1964年野外季节的原始观测数据，建立了完整的时空数据集。

尼森高原池塘的特征

通过综合分析历史记录和现代遥感数据，研究人员确认了尼森高原上存在两个冰冻池塘。主要池塘位于86°24'S、159°30'W，海拔2350米，尺寸约为20×50米，处于永久冰冻状态。卫星图像分析表明，自2010年以来该池塘一直保持冰冻，其表观形态变化主要受周围积雪分布影响而非水体本身变化。

区域环境背景

研究表明，尼森高原池塘是横贯山脉中已知海拔最高、位置最靠南的地表水体之一。与北部麦克默多干谷等较低海拔地区的水体相比，这些高海拔池塘处于更加极端的寒冷环境中，其形成和维持机制与季节性融雪补给和特殊的地形保护条件密切相关。

地质历史背景

池塘所在的基岩平台可能自约12-14百万年前就已存在，当时条件从暖基冰川作用（warm-based glaciation）转变为冷基冰川作用（cold-based glaciation）。参考南维多利亚地干谷地区每百万年1-6厘米的侵蚀/剥蚀速率，表明该池塘可能具有极长的存在历史。

研究结论与意义

这项研究首次系统报道了南极横贯山脉最高海拔池塘的详细特征，为理解极端环境下地表水体的形成机制和演化历史提供了重要案例。这些长期冰冻的池塘不仅是古环境记录的潜在载体，也可能是独特微生物生命的栖息地。随着南极气候变化的持续影响，监测这些高海拔水体的状态变化对于理解全球变暖对极地生态系统的影响具有重要意义。研究强调了对南极偏远高海拔地区进行持续监测的必要性，这些地区的水体可能对气候变化表现出独特的响应模式，为预测未来环境变化提供重要参考。