位於南極洲的東方湖地點示意圖。
俄羅斯的南極東方站。
新聞背景
俄羅斯科研機構2月8日宣布，俄羅斯科考隊員經過十幾年努力，鑽透3769米冰層，觸及覆蓋在南極冰川下超過2000萬年的巨大淡水湖。這一消息的發布，引起世界各國科學家，尤其是極地科學家們極大的關注和濃厚的興趣。
首次鑽開南極冰下淡水湖
從發現到觸及南極冰下最大的淡水湖，俄羅斯研究人員花了近20年。早在1994年羅馬召開的第23屆國際南極研究科學委員會會議上，俄羅斯研究人員卡皮茨亞博士就宣布，在俄羅斯南極內陸考察站——東方站的冰蓋之下約3700米深處，發現了一個巨大的湖泊，命名為東方湖（Vostok湖）。據已有的探測資料表明：東方湖面積約1.5萬平方公裡，與著名的北美安大略湖相當，平均水深125米，湖泊兩端底床低於海平面700米，蓄水量約l800立方千米，是個高壓（大約350大氣壓）、低溫（大約零下30攝氏度）、低營養物輸入和永久黑暗的環境。
東方湖並非南極冰層下唯一的湖泊。在過去10多年，研究人員已在南極冰蓋下發現了約145個大大小小的冰下湖泊，而東方湖是迄今發現的最大冰下淡水湖。為何在冰層之下還有未結冰的湖泊？原因是，湖面上極厚的冰蓋像一條厚厚的毯子，能保存地熱能，使得湖水不會結冰。
隨著探索的進展，今年2月5日，研究人員在南極極點以東大約1300公裡、冰面以下3769米的地方觸及到了東方湖，這也是人類首次鑽開南極冰下淡水湖。
極端環境的生命實驗室
南極冰下發現最大淡水湖，刺激了科學家進一步探索的欲望，也引發了人們極欲了解南極的興趣。由於南極冰下淡水湖是由冰凍圈-水圈-生物圈-岩石圈組成的低溫、高壓、低營養輸入和黑暗的封閉系統，因此需要探索在這種封閉環境中是否有微生物？如果有，它們是如何獲取能量的，以及它們是如何進行種群的繁衍並生存下來的？對冰下淡水湖的生命探索是否可以為揭開生命之謎提供線索？冰下湖已經被冰封了數十萬年甚至數百萬年之久，擁有獨特的與世隔絕的環境，它們就是一個天然實驗室，可用於研究生命如何適應極端環境以及如何在這種環境下進化。
例如，在南極冰雪中和冰下淡水湖中可能存在的主要是菌類微生物，而且處於休眠狀態，但可能仍具有生物活性或本來就存活著。研究這些細菌的種類和群落結構的多樣性，可能獲得生命起源的多樣性，並揭示不同地質條件下地球生物的演化規律。同時對其生存機理和特殊功能基因等的研究，還具有一定的應用和開發潛力，比如，可以指導人類在極端嚴寒環境下如何生存和抗凍。
俄羅斯南北極研究所所長盧金猜測，如果東方湖存在依靠在極暗條件下化學反應而存活的微生物，這或許與數百萬年或數千萬年前的海底生物類似，但它們是否遵循不同的進化規律演化，眼下還不知道。
尋找120萬年以上古老冰芯
冰芯作為古氣候記錄的三大載體（深海沉積、黃土和冰芯），在全球氣候變化研究中占有重要地位。基於冰芯中包含豐富的古氣候記錄信息，可以擴展我們對地球氣候系統的認知。越古老的冰芯攜帶的地球氣候信息越豐富，尋找120萬年以上古老冰芯，是當前南極科學研究的熱點領域之一。現在鑽取到的最古老深冰芯記錄著距今80萬年前的氣候信息。
分析全球氣候變化，盡管有文獻記錄、樹木年輪、湖泊沉積、珊瑚沉積、黃土、深海岩芯、孢粉、古土壤和沉積岩等材料，但相比而言，還是冰芯所記錄的信息最真實可靠，因為冰芯處於低溫環境，有保真性好、分辨率高、記錄的時間長（數十萬和上百萬年）和信息量大的特點。
冰芯中各種物質的含量和比值等都忠實地記載了地球系統變化過程的信息，包括氣候變化的信息。例如，冰芯中氫、氧同位素比率是度量氣溫高低的指標；冰芯中氫、氧同位素淨積累速率可以揭示歷史上降水量的大小；冰芯氣泡中的氣體成分和含量能指出大氣成分的演化歷史；冰芯中一些物質的同位素可以提供宇宙射線強度變化、太陽活動和地磁場強度變化的證據；冰芯中微粒含量和各種化學物質成分的分析結果，可以提供不同時期大氣氣溶膠、沙漠演化、植被演替、生物活動、大氣環流強度、火山活動等的信息。
例如，全球變暖的趨勢以及主要是人類活動導致的就主要是從冰芯分析中得出的結論。對俄羅斯的東方站冰蓋下提取的冰芯氣泡的分析，獲得了過去42萬年以來的大氣中溫室氣體含量的變化。在過去的42萬年以來，大氣中溫室氣體二氧化碳的含量基本在180-280微克波動，甲烷含量在350-800ppb波動。而工業革命以來，大氣中二氧化碳和甲烷含量迅速增加，目前分別達到近385微克和1800ppb，是83萬年以來的最大值。這提示，從工業革命後200年來人類活動對全球氣溫的升高有重要影響。
現在，俄羅斯研究人員在冰蓋之下3769米深處觸及到了東方湖，就不僅可以通過冰芯，而且可以直達冰下淡水湖中獲得更多的材料。有趣的是，有人提出了這樣的擔心，冰下湖泊可能積聚大量甲烷，隨著鑽探的深入，是否會造成甲烷的大量釋放，從而加劇全球變暖？
延伸閱讀
我國計劃在冰穹A地區
鑽取超過3500米深冰芯
自1958年國際地球物理年開始實施冰芯鑽探以來，美國、俄羅斯、日本、歐盟等發達國家陸續在格陵蘭、南極洲以及中低緯度高海拔山地冰川進行了大量的冰芯鑽探，在格陵蘭冰蓋和南極冰蓋鑽取了數支深冰芯。
截至目前，俄羅斯在東方站的鑽探最深，達到3769米，抵達被埋入冰層下的東方湖。與此同時，其他南極湖的鑽探計劃也在不斷推進。英國科學家將目光鎖定埃爾斯沃斯湖，采用熱水鑽探技術，美國科學家則選擇了惠蘭斯湖。與任何帶有政府背景的研究一樣，俄羅斯鑽探東方湖的做法也引發爭議。很多科學家認為他們已經污染了東方湖，理由是：他們在鑽探時將數噸煤油灌入洞口，以防止洞口凍結。
深冰芯在鑽取過程中會遇到諸多困難，不僅要受到極端氣候的挑戰，此外深冰芯鑽探過程中鑽機卡鑽的現像時有發生，如俄羅斯在東方站、日本在冰穹F、美國在格陵蘭島，都曾在2000－2500米鑽探深度範圍內發生過卡鑽事故，導致鑽頭丟失。另外，當確認冰蓋下存在湖泊時，在鑽探接近底部時，要考慮使用“零污染”的勘測技術，以免造成對冰下原始環境的污染。因此，冰下自動探測和采樣系統的研制是鑽探前要著重解決的一大難題。
我國於2009年初在冰穹A建成中國南極昆侖站以來，就著手計劃在冰穹A地區進行深部冰層取芯鑽齲計劃在冰穹A地區鑽取超過3500米的深冰芯，以期獲取一批關於東南極氣候演化的創新性學術成果。目前，我國已經完成了冰穹A深冰芯鑽機系統的研制，目前正在開展鑽機系統在南極內陸冰穹A地區的安裝調試工作。(張田勘 馬紅梅)