南极海底峡谷地貌形态计量学特征及其对全球气候与生态系统的启示

为解决南极海底峡谷（submarine canyons）分布与形态特征认知不足的问题，研究人员基于国际南大洋海底地形图（IBSCO v.2），采用半自动水文技术提取了332个排水网络及3291条峡谷段，首次系统量化了15项地貌参数。研究发现东、西南极峡谷系统存在显著差异，揭示了冰盖历史对峡谷演化的影响，为理解南极海洋-冰盖相互作用及全球碳循环提供了关键数据支撑。

　　

南极大陆边缘隐藏着地球上最神秘的地貌之一——海底峡谷（submarine canyons）。这些深邃的沟壑不仅是沉积物从浅海向深海输送的“高速公路”，更是驱动中尺度海洋过程（mesoscale oceanographic processes）的关键区域，直接影响全球气候调节与生物地球化学循环。然而，受限于南极海域测绘精度不足，学界对海底峡谷的分布规律、形态特征及其与冰盖演化的关联长期缺乏系统性认知。

为填补这一空白，研究人员依托国际南大洋海底地形图（IBSCO v.2）的高分辨率数据，首次对南极海底峡谷开展了全大陆尺度的地貌形态计量学（geomorphometry）研究。通过半自动水文技术（semi-automatic hydrological techniques），团队精确提取了排水网络（drainage networks）的拓扑结构，并创新性计算了包括流序（stream order）、坡度梯度（stream gradient）和弯曲度（sinuosity）在内的15项形态参数。

研究结果揭示出三大核心发现：

1. 峡谷分布格局：共识别出332个排水网络和3291条峡谷段，数量较既往研究提升近5倍，其中南极半岛（Antarctic Peninsula）网络密度最高但结构简单（平均流序最低），而东南极（East Antarctica）则发育了规模最大、层级最复杂的峡谷系统。
2. 区域差异机制：东南极峡谷普遍具有更长的延伸距离（>300公里）和更高的流序（最高达6级），这与该区域冰盖（East Antarctic Ice Sheet）更早形成（约3400万年前）导致的长期侵蚀作用直接相关；而西南极受冰流动态影响，峡谷多呈现短而分散的特征。
3. 生态-气候关联：峡谷密集区与已知的南极底层水（Antarctic Bottom Water）形成区域高度重合，暗示其可能通过增强垂直混合（vertical mixing）影响全球温盐环流（thermohaline circulation）。

这项发表于《Marine Geology》的研究，首次建立了南极海底峡谷的标准化形态数据库，其科学价值体现在三方面：

• 技术层面：开发的半自动提取方法为复杂地形定量分析提供了新范式；
• 理论层面：验证了冰盖历史与峡谷形态的耦合关系，支持“冰川侵蚀主导南极边缘演化”的假说；
• 应用层面：数据可直接服务于IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）气候模型，提升南极碳汇（carbon sink）评估精度。

讨论部分特别指出，东南极巨型峡谷系统可能作为“沉积物陷阱”（sediment traps）封存了新生代以来大量有机碳，未来需结合岩芯钻探验证其全球碳循环效应。该研究为南极海洋保护区（MPAs）划界提供了科学依据，并提示峡谷驱动的上升流（upwelling）可能缓解部分区域的海冰消融压力。