南極洲(英語:Antarctica)是地球最南端的洲,位於南半球的南極區,是天文南極的所在地。 南極洲大局部區域都在南極圈內,周圍被南冰洋環繞。 南極洲是世界上的第五大洲,其面積約為1,400萬平方千米,佔地球陸空中積的非常之一,排在亞洲、非洲、北美洲和南美洲之後,是大洋洲的兩倍。 除了南極半島最北端的局部區域之外,全洲約98%的中央都被均勻厚度1.9千米[2]的冰層掩蓋著。
南極洲是地球上最冰冷、枯燥、多風的大陸,是獨一橫跨一切經線的洲[3],均勻海拔為2350米,是世界上均勻海拔最高的洲,全境為冰雪掩蓋,佔地球冰蓋面積的80%以上。 它沿岸地域的年降水量僅有200毫米,內陸地域更少[4]。 一年中最冰冷時節南極洲的均勻溫度低至-63°C,1983年曾觀測最低溫度為-89.2°C。 南極洲的本地物種有各類藻類、細菌、真菌、植物(包括苔蘚)、原生生物以及一些能夠順應冰冷環境的動物,例如企鵝、海豹、線蟲、緩步動物、蟎等。 南極洲沒有永世居民,但每年寓居在這裡的科研人員有一千至五千人。
雖然很久之前曾經有關於「未知的南方大陸」(拉丁語:Terra Australis)的神話故事與臆想,但直至1820年,俄羅斯探險家米哈伊爾·拉扎列夫和法比安·戈特利布·馮·別林斯高晉乘著沃斯托克號和戰爭號戰船來到芬布爾冰架時,人類才第一次目擊它的真容。 由於南極洲氣候惡劣、資源缺乏以及天文孤立性,南極洲在十九世紀並沒有惹起人們的矚目。
南極洲如今是法律意義上的共管領土,由南極條約體系成員國協商管轄。 1959年,12個國度簽署《南極條約》,隨後有38個國度簽署。 該條約意在支持科學研討及維護南極生物天文散佈區,並制止在南極洲停止的一切軍事活動、核爆炸實驗以及處置放射物的行為。 截至2016年,南極洲已建有135座常設科學調查站,陸續吸收四千多名來自世界各地的科學家到這裡停止科學實驗。
在南極洲的阿德利企鵝。
南極洲的英文稱號“Antarctica”源自羅馬化希臘語的陰性複合詞“antarktiké”(希臘語:ἀνταρκτική),意指“北極的對面”。
大約在西元前350年,亞里士多德在本人的著作《天象論》里提及了“Antarctic region”(南極地域)[8]。 聽說在西元二世紀,泰爾(今屬黎巴嫩)的馬利納斯在他的世界地圖中用了這個稱號。 古羅馬作家許癸努斯和阿普列尤斯(西元1–2世紀)則運用了羅馬化希臘語“polus antarcticus”描繪南極[9][10]。 古法語詞“pole antartike”(現代法語為“pôle antarctique”)在1270年被證明來源於此。 該詞的中古英語衍生詞“pol antartik”(現代英語為“Antarctic Pole”)則初次呈現在1391年傑弗里·喬叟編寫的科技論文中[11]。
在被賦予真正的天文意義之前,這些詞語常被用於形容廣義的南方[12]。 例如在十六世紀時法國在巴西設立的短期殖民地就被叫做“France Antarctique”,即“法屬南部領地”。
1890年,蘇格蘭地圖學家約翰·喬治·巴塞洛繆使“Antarctica”一詞成為南極洲的正式的天文學術語。
天文
南極分層設色圖
南極洲是地球上最南邊的大陸,大局部位於南極圈內,周圍被南冰洋包圍,南冰洋之外是安定洋、大西洋與印度洋的南部,同時也位於世界洋的最南部。 南極洲面積超越1,400萬平方千米[1],超越歐洲大約30%,為世界第五大洲。 南極洲的海岸線長為17,968千米[1],其主要特徵與冰的樣貌親密相關,如下表所示:
南極洲海岸類型[15]
類型 所佔比率
冰棚 44%
冰牆 38%
冰流、注出冰川 13
岩岸 5%
合計 100%
南極洲有98%的面積被冰蓋所掩蓋,冰的厚度均勻至少1.6千米。 南極洲具有全世界大約90%的冰和70%的淡水,假如這些冰全部消融,那麼海平面將上升約60米[16]。 在南極洲內陸,大局部地域的降水量十分小,年降水量僅有20mm。 不過在少數藍冰棚地域降水量少於蒸發量,使得當地的冰逐步減少。 而麥克默多枯燥谷是極端枯燥的中央,也是南極洲獨一沒有冰雪掩蓋的中央,呈現荒漠狀。 [17]
地形
主條目:南極洲山峰清單和南極洲火山清單
從哈勒特角望向赫歇爾山(海拔3335米)
參見:南極周邊島嶼清單
南極洲邊緣海有屬於南安定洋的別林斯高晉海、羅斯海、阿蒙森海和屬於南大西洋的威德爾海等。 主要島嶼有奧克蘭群島、威島、南設得蘭群島、南奧克尼群島、阿德萊德島、亞歷山大島、彼得一世島、南喬治亞島、愛德華王子群島、南桑威奇群島。 [18] [19]
南極大陸的地形可分紅兩種:一種是由暴露於地表的岩石和冰組成的可見地形,一種是經過地震技術或遙感技術測知的冰下基岩地形。 羅斯海和威德爾海左近的橫貫南極山脈把南極洲分為東部南極洲和西部南極洲兩局部,該山脈大致與格林尼治子午線平行,全長3000多千米。
南極大峽谷是世界上最大的峽谷,位於南極洲伊莉莎白公主地,長度約1,000千米,某些中央的深度達1000米。 [20]
威德爾海以西和羅斯海以東的局部為西部南極洲; 其他局部為東部南極洲,占整個南極的大局部。 [21]西部南極洲被西南極冰蓋所掩蓋。 近幾年人們非常關懷西南極冰蓋的狀況,由於它不時崩塌會招致海平面上升。 約10%的冰蓋會化為冰流,並到海岸邊構成冰棚。 [22]東部南極洲是印度洋和橫貫南極山脈之間的局部,大局部位於東半球,由科茨地、毛德皇后地、恩德比地、麥克羅伯特森地、威爾克斯地和維多利亞地組成。 東部南極洲主要被東南極冰蓋所掩蓋。 [23]
文森山是南極洲最高的山峰,高度到達4892米,屬於埃爾斯沃思山脈。 南極洲具有許多山峰,這些山峰位於南極洲大陸和四周島嶼之上。 位於羅斯島的埃裡珀斯山是世界最南邊的活火山。 另一個知名的火山位於詐騙島,它因1970年火山迸發而被世人關注。 另外,南極洲的其他休眠火山仍有重新活潑的可能[24]。 2004年,一個在南極半島可能活潑的水下火山被美國和加拿大科學家所發現[25]。
南極洲山脈
稱號 最高海拔 闡明 地圖
阿勒代斯山脈 2,934米 南喬治亞和南桑威奇群島 Antarctica.svg
騰格裡山脈 1,700米 利文斯頓島
毛德王後山脈 4,068米 屬於橫貫南極山脈的一局部,包括布希山脈、英聯邦山脈、多明尼昂山脈、哥德山脈、赫伯特山脈、奧拉夫王子山脈、休斯山脈、支援者山脈
阿德默勒爾蒂山脈 4,165米 屬於橫貫南極山脈的一局部。
黑邁法蘭特山脈 2,711米 毛德皇后地
彭薩科拉山脈 2,150米 屬於橫貫南極山脈的一局部
薩爾韋森山脈 2,330米 南喬治亞和南桑威奇群島
埃爾斯沃思山脈 4,892米 南極洲最高的山脈,最頂峰文森山。
甘布爾澤夫山脈 3,500米 位於南極洲東部的冰穹A左近[26]
水文水系
極晝期間,南極洲沿岸較為暖和的區域會有冰雪消融,消融的雪水聚集成一些涓涓細流。 南極大陸上的最大河流是地處東南極洲懷特岩的奧尼克斯河。 在大陸四周的島嶼上,夏季的冰雪水也能聚集成時節性時令溪流入海。 無論在南極的哪一個中央,一到冬季,一切的河流就消逝了。 [27]
南極大陸上有眾多的湖泊,有淡水湖也有鹹水湖(鹽湖)。 淡水湖散佈於南極大陸的邊緣。 另一種鹹水湖為南極大陸獨有,例如維多利亞地賴特符中的萬塔湖和泰勒谷中的邦尼湖[28]。 其特性是湖水上淡下鹹,湖表凍結著一層2~3米厚的冰,湖水含鹽量隨深度的增加而增加,構成分層次現象,底層水的含鹽量比表層水高約10倍; 湖水溫度也隨深度的增加而升高,在年均勻氣溫零下20度的環境中,湖底水溫仍高達25°C。
東南極大陸冰蓋下面約有70個大型的冰下湖泊,總面積估測14,000平方千米,而且構成了完好的淡水生態系統[29]。 1966年,人們在俄國沃斯托克站下發現了沃斯托克湖(東方湖),面積約8,000平方千米,冰蓋厚度是4千米。 它是目前發現的最大的冰下湖泊。 人們曾經以為這些湖泊曾經被冰封住了五十萬至一百萬年。 但是,最新的研討標明,每隔一段時間就會有大量的水在不同湖泊之間活動。 [30]依據水線上400米鑽取的冰芯的證據標明,沃斯托克湖湖水中可能有微生物存在。 凍結的湖面與木衛二性質類似,假如此湖泊裡有生命現象,闡明木衛二上也可能有生命存在[31][32]。 2008年2月7日,NASA的團隊到溫特塞湖展開研討,試圖尋覓生存在高鹼性水中的嗜鹼生物,假如能找到這些生物,將為地外生物能否生存在極端冰冷且富含甲烷的環境中提供證據[33]。 其後的研討結果亦標明那裡確實存在一些新的種類,如菌株UL7-96mG[34]。
氣候
坐落於橫貫南極山脈的弗里克塞爾湖被藍冰掩蓋著。 弗里克塞爾湖的冰川是由來自加拿大冰川和其它小冰川的冰川融水會聚之後凝固構成的。
十二月的沿海地域看起來很溫和
南極洲是地球上最冰冷的大洲,年均勻氣溫−25 °C(−13.0 °F),內陸冬季的溫度可達−80 °C(−112 °F)以下,沿海地域夏季的溫度約為5 °C(41 °F)至15 °C(59 °F)。 1983年7月21日,前蘇聯在南極洲設立的沃斯托克站曾測得−89.2 °C(−128.6 °F)的低溫。 這是人類有氣候記載以來在空中觀測站記載到的最低氣溫[35]。 這個溫度比乾冰在一個大氣壓下發作昇華的溫度(−78.5 °C(−109.3 °F))還低[a]。 而衛星觀測結果標明南極冬季最低氣溫的極值可能比這一記載值更低[36]。 南極洲是降雨量極少的冰凍荒漠,全洲年均勻降水量小於200毫米[37]。
冰穹C的雪面和南極大陸其它中央的雪面差不多。
遭到高原地形的影響,南極大陸邊緣常遭受南極高原刮來的激烈降落風侵襲,大陸內部則常常沒有大風呈現。 終年不時的降落風使得濕熱氣流很少進入南極內陸,這形成大陸中央冰冷且枯燥[b],沿海地域則相對溫和潮濕:南極內陸地域年均勻溫度為−40 °C(−40 °F)至−50 °C(−58 °F),年降水量僅30毫米左右,但極點左近簡直無降水; 沿海地域的年均勻溫度為−17 °C(1 °F)至−20 °C(−4 °F),且經常降下大雪,年降水量能夠到達500毫米左右,而且曾有48小時內降雪1.22米的紀錄。 此外,由於南極洲東部海拔高,氣候較西部冷得多。 [1] [38]
有三個要素招致了南極洲比北極地域還要冰冷:第一,南極大局部地域海拔高度都在3,000米以上,而整個北極地域簡直都處於海平面左近[c]; 第二,北極地域大局部是北冰洋,而南極地域大局部都是陸地。 由於陸地比熱小,升溫和降溫都比擬快,南極在夜間降溫更快; 第三,地球在7月份的時分到達遠日點,在1月份的時分到達近日點[d],日地間隔的變化使南極處於冬季時承受到的輻射相較北極處於冬季時更少。 其中前兩者為主要緣由,後者為次要緣由。 [39]
南極大陸全年皆為冰雪所掩蓋,這招致南極地域的反照率十分高。 由於雪面簡直反射了全部的紫外線,曬傷、白內障是身處南極經常見的安康問題[37]。 南極地處高緯,具有長期的極晝和極夜,這對生活在其它中央的人們是相當生疏的。 在夏天晴朗的日子里,由於南極大陸全天24小時都有日照,日均勻太陽輻射功率密度比赤道地域還大。 南極左近的夜空中有時分會呈現南極光[e]。 在南極的空中左近有時會看到一種由微小冰晶構成的雲。 這種雲被稱為「鑽石塵」,是南極的一個共同的景觀。 由於「鑽石塵」只在晴朗或接近晴朗的天氣才會產生,有時它也被稱為「晴空降水」。 此外,在南極也可察看到幻日現象[f][37]。
摺疊南極
月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 全年
歷史最高溫 °C(°F) −14
(7) −20
(−4) −26
(−15) −27
(−17) −30
(−22) −31
(−24) −33
(−27) −32
(−26) −29
(−20) −29
(−20) −18
(0) −12.3
(9.9) −12.3
(9.9)
均勻高溫 °C(°F) −25.9
(−14.6) −38.1
(−36.6) −50.3
(−58.5) −54.2
(−65.6) −53.9
(−65.0) −54.4
(−65.9) −55.9
(−68.6) −55.6
(−68.1) −55.1
(−67.2) −48.4
(−55.1) −36.9
(−34.4) −26.5
(−15.7) −46.3
(−51.3)
均勻低溫 °C(°F) −29.4
(−20.9) −42.7
(−44.9) −57.0
(−70.6) −61.2
(−78.2) −61.7
(−79.1) −61.2
(−78.2) −62.8
(−81.0) −62.5
(−80.5) −62.4
(−80.3) −53.8
(−64.8) −40.4
(−40.7) −29.3
(−20.7) −52.0
(−61.6)
歷史最低溫 °C(°F) −41
(−42) −57
(−71) −71
(−96) −75
(−103) −78
(−108) −82
(−116) −80
(−112) −77
(−107) −79
(−110) −71
(−96) −55
(−67) −38
(−36) −82.8
(−117.0)
月均日照時數 558 480 217 0 0 0 0 0 60 434 600 589 2,938
數據來源 1:[40]
數據來源 2:Cool Antarctica[41]
生物
參見:南極界
一隻南極帝企鵝(學名:Aptenodytes forsteri)跳出水面。
動物
只要少數的陸棲脊椎動物生活在南極洲[42]。 無脊椎動物大多是些微生物,包括虱、線蟲動物、緩步動物、輪形動物、磷蝦、彈尾目和蟎類(如南極甲蟎)。 南極洲特產的南極蠓,是一種沒有飛行才能的蠓類,其體型可達6毫米,是南極洲體型最大純陸棲生物[43]。 在南極洲繁衍的鳥類只要三種,雪鹱是其中之一[44]。
很多海洋動物都直接或間接地依託浮遊植物生存,其中包括企鵝、藍鯨、虎鯨、大王酸漿魷和海狗。 彙集成大群的南極磷蝦以浮遊生物為食,是南冰洋生態系統的關鍵物種,也是鯨魚、海豹、豹海豹、海狗、烏賊、銀魚、企鵝、信天翁和其他許多鳥類重要的食物。 [45]
企鵝是南極地域的代表性物種,常見的企鵝品種包含皇帝企鵝、國王企鵝、阿德利企鵝、南極企鵝和巴布亞企鵝[46]。 跳岩企鵝的眼周有一圈濃密的毛,這使得它們顯得更為共同。 除了跳岩企鵝主要彙集在南極外部的福克蘭群島以外,大局部企鵝都在南極洲繁衍。 其中皇帝企鵝是獨一一種在南極洲的冬天停止繁衍的企鵝,而阿德利企鵝則在比其他企鵝更靠南的中央繁衍。
南極左近海域生活有多種水生哺乳動物,例如,在18至19世紀間,南極毛皮海獅因其皮毛而遭受了來自美國和英國海豹獵殺者的大範圍獵殺; 威德爾海豹以到威德爾海遠征的隊伍的指揮官詹姆斯·威德爾爵士的名字命名; 食蟹海豹生活於南極左近海域,以常見於嘴邊的黃色污漬得名。
在國際極地年期間,大約500名研討人員參與了一項海洋生物普查,其結果於2010年發佈。 這項研討是全球海洋生物普查(Census of Marine Life,縮寫CoML)的一局部,其中的很多發現都值得關注。 研討結果標明超越235種海洋生物在兩極地域都有散佈,這曾經逾越了12,000千米(南極至北極的間隔)。 局部鳥類和大型動物如鯨類每年都會在兩極之間往復。 出其不意的是,一些小型生物如海參和自在遊動的蝸牛在南北兩極也都有散佈。 據揣測,緣由可能是深海區域兩極與赤道的溫差不大,根本小於5°C,而且洋流系統像一個海洋傳送帶那樣把生物的卵和幼蟲保送到各個中央。 [47]
植物
南極洲的氣候使得植被無法大量構成。 環境冰冷、土壤品質差、缺乏水分和陽光缺乏的限制條件抑止了植物的生長。 這招致植物多樣性十分低,而且散佈極為有限。 南極洲有七百多種藻類,絕大多數是浮遊植物。 到了夏季,在海岸邊多種顏色的極地雪藻和矽藻品種愈加豐厚[48]。 大陸上的植物相大局部是由苔蘚植物組成的。 南極洲有大約100種苔蘚植物和25種地錢。 但是,南極大陸只發現3種被子植物,它們分別是南極發草 、南極漆姑草和非本地生的早熟禾[49]。 植物的生長被限制在夏天的幾個星期[48][50]。
其他生物
真菌]
南極喬治王島的西瓜雪
南極洲已發現大約1,150種真菌,其中大約750種是非地衣型的真菌,400種是地衣型的真菌[50][51]。 由於它們是在極端條件下進化,所以有些種類是穴生的,並且在麥克默多枯燥谷和四周的山脊構成了的形態特別的岩石。 真菌簡單的形態,和簡直不能區分分明的構造,使得它們的新陳代謝系統和酶在很低的氣溫下依然堅持活性,再加上縮短了的生命週期,使得它們特別合適在像麥克默多枯燥谷那樣苛刻的環境中生存。 它們的厚細胞壁和激烈的黑色素使得它們具有對紫外線的抵禦力。 藻類和藍綠藻植物也具有以上的特徵,這表示他們可以順應南極洲的環境。 有人以此揣測,假如生命曾經在火星上呈現,那麼它的結構可能相似於南極真菌(例如Cryptomyces minteri(一種絲菌))[52]。 此外有些真菌是南極洲獨有的,例如某些糞棲物種。 在物種的開展過程中,它們必需經過進化來應對雙重應戰:在糞便中生長時順應極度冰冷的環境、進入溫血動物的腸道以保證生存[53]。
細菌
在泰勒冰川,紅色的液體構成了血瀑布,而液體呈紅色是由於富含鐵氧化物。
人們曾經發如今極冰冷又黑暗的冰下800米深處有細菌生存[54]。
生態維護
1992年,在俄羅斯別林斯高晉站傾倒廢物,其中包含老舊車輛。 自1998年環境維護議定書生效后,在南極傾倒廢物等毀壞環境的行為已被制止。
1998年,與環境維護有關的《南極條約》(又稱《環保協定》或《馬德里議定書》)生效,這是維護和管理南極洲生物多樣性的主要手法。 環境維護委員會就南極環境維護問題提出了《南極條約》協商會議。 該委員會的主要關注點之一是關留意外引入的外來物種對南極洲原有生態所形成的風險。 [55]
美國在1978年經過的《南極洲維護法》對在南極洲的活動帶來了一些限制。 向南極洲引入外來植物或動物將會遭到刑事處分,好像捕捉任何南極洲的本地物種一樣。 由於有人過度捕捉在南極生態系統中發揮很大作用的磷蝦,政府官員制定了相關的漁業法規。 由南極海洋生物資源養護委員會(the Conservation of Antarctic Marine Living Resources,CCAMLR)所制定並於1980年生效的條約,請求一切南冰洋漁民思索本身行動對整個南極生態系統的潛在影響[1]。 但即便落實了這些新法案,缺乏監管和不合法規的捕漁行為依然是一個嚴重問題,特別是對小鱗犬牙南極魚(在美國作為智利鱸魚出賣)的捕捉行為。 齒魚的非法捕魚量不斷在增加,在2000年估量捕魚量已達32,000噸(35,300美噸)[56][57]。
2016年10月,南極海洋生物資源養護委員會成員國同意在南極設立面積達155萬平方千米的海洋維護區,其中112萬平方千米將制止捕魚,有望成為截至當時全世界最大的海洋維護區[58]。
地質
南極大陸的岩床地形是理解冰蓋動態運動的關鍵。
南極洲冰蓋底層岩床下的地形和水深
上圖展示出了南極洲冰蓋下的地貌形態。 在左側的圖例中,藍色的局部代表位於海平面以下的大陸,其它顏色則表示高於海平面的局部。 相鄰顏色間的高度差是760米。 圖片上的高度未修正南極冰蓋消融可能帶來的海平面上升和地殼平衡回彈所產生的影響。
在移除冰蓋、修正地殼平衡回彈和海平面上升影響之後的南極洲地形圖。 因而,該圖表示了三千五百萬年前地球足夠暖和以致於不會產生大範圍冰蓋時分南極洲的樣子。
地質學歷史和古生物學
一億七千多萬年前,南極洲是岡瓦那超大陸的一局部。 隨著時間的推移,岡瓦那超大陸隨著板塊運動逐步崩潰。 如今所稱的南極洲構成於2500萬年前。 南極洲並不總是冰冷枯燥,千里冰封。 在一段時期內,南極洲的位置比如今偏北許多,因而也曾具有熱帶和溫帶氣候,而且也是很多古生物的棲息地。 [59]
古生代(5.4億年–2.5億年前)
寒武紀時期的岡瓦那超大陸氣候溫和。 當時西部南極洲有一局部處於北半球,大量的砂岩、石灰岩和頁岩也在此時期堆積。 東部南極洲則位於赤道——孕育了無脊椎動物和三葉蟲的海床的所在區域。 從4.16億年前的泥盆紀開端,岡瓦那超大陸漂移到了更往南的中央,氣候也逐步變冷,不過化石證明當時陸地上仍有植物生長。 在此期間,大量的沙和淤泥堆積在現今的埃爾斯沃思山脈、霍利克山脈和彭薩科拉山脈。 岡瓦那超大陸的冰期始於3.6億年前的泥盆紀末期,那時超大陸的中心已抵達到南極點,氣候更為冰冷,但此時大陸上仍有植物群。 二疊紀時期,陸地上的植物以種子植物為主,如舌羊齒屬植物(一種長在沼澤里的種子蕨)。 隨著時間推移,這些濕地變成了橫貫南極山脈下的煤層。 二疊紀末期,岡瓦那超大陸的大局部地域由於氣候的持續轉暖而變得燥熱。 [60]
中生代(2.5億年–6600萬年前)
氣候的持續轉暖招致極地冰蓋消融,岡瓦那超大陸的大局部區域成為沙漠。 這時東部南極洲呈現了許多種子蕨,並有大量砂岩和頁岩堆積。 三疊紀早期,相似哺乳類的合弓綱動物在南極洲很常見,這當中也包括了水龍獸。 南極半島在侏羅紀(2.06–1.46億年前)時開端構成,四周島嶼也開端浮出海面。 銀杏、松柏、本勒蘇鐵、木賊、真蕨和蘇鐵在此時期都相當茂盛。 針葉林佔領西部南極洲的時期長達整個白堊紀(1.46–0.66億年前)。 此外南青岡科植物在白堊紀末期也越來越繁盛,菊石在南極洲四周海域也很常見。 南極洲上面也有恐龍,但目前只發現三個屬(冰脊龍屬、冰河龍屬[61]和南極甲龍屬)[62]。 此外,岡瓦那超大陸是從這個時期開端團結的。
但是,局部跡象標明,白堊紀時期的南極洲照舊存在海洋性冰川運動。 [63]
岡瓦那大陸崩潰(1.6億年–2300萬年前)
由於大陸擴張,本來在赤道與極地間運轉的沿經線方向的洋流,開端轉變為沿緯線方向活動。 這一變化使得洋流功用從本來的有利於赤道與極地間的熱量交流,開端轉變為堅持以至加大二者之間的溫差。 隨同著這一變化,南極大陸開端逐步變冷。
在侏羅紀期間(距今約1.6億年),非洲大陸從南極大陸中別離;隨後在白堊紀期間(距今約1.25億年),印度次大陸也脫離南極大陸。 直到距今約6600萬年的白堊紀末期,南極洲(當時髦與澳大利亞相連)仍具有亞熱帶的氣候類型和植被特性,有袋類動物群也散佈於其上[64]。 進入重生代後,在距今約4000萬年前的始新世,澳大利亞-新幾內亞與南極洲相別離。 這一變化招致沿緯線方向運轉的洋流將澳大利亞與南極大陸分隔開來,南極洲的氣溫進一步遭到影響,冰層開端呈現。 同時,在距今約3400萬年前的始新世-漸新世滅絕事情中,溫室氣體二氧化碳的含量也降至760 ppm[65],低於較早地質年代中超越1000 ppm的水準。
距今約2300萬年前,南極洲與南美洲之間的德雷克海峽終於完整別離,這招致了南極繞極流的構成。 這股激烈的沿緯線方向運轉的海流最終將南極洲與低緯度暖和的海水完整分隔開來。 模型顯現,同期大氣中二氧化碳含量的進一步降落也對南極大陸的氣溫產生了明顯影響[66]。 由此,南極大陸的冰層掩蓋面積開端擴展,原有的森林慢慢為冰蓋所取代。
新近紀(2,300萬年前–5萬年前)
自約1500萬年前,南極大陸大局部地域曾經被冰掩蓋。 [67]
梅爾沙漠生物相
天狼星地層組中的梅爾沙漠植物群留有南青岡科植物的化石,標明多明尼昂山脈遲至300至400萬年前(上新世中晚期)仍有間歇性的暖化期,使得南青岡科植物依然能留存在山脈上[68]。 更新世之後,冰河期再度襲卷整個南極大陸,並招致一切主要的植物滅絕[69]。
現狀
南極洲外表掩蓋了厚厚的冰層,但長期以來關於南極洲的地質學研討簡直是空白。 但是,目前這一狀況曾經有了較大的改觀,經過透地雷達、衛星影像等遙感技術,南極洲冰下的構造被人們逐漸提醒出來。 [70]
從地質學角度來講,西部南極洲很像是南美洲的安第斯山脈[60]。 南極半島由古生代晚期和中生代早期的抬升和海床堆積物蛻變作用構成。 這種堆積物隆起隨同著火成侵入和火山活動。 在西部南極洲地域,最常見的岩石是侏羅紀時期構成的安山岩和流紋岩這兩種火山岩。 在瑪麗·伯德地和亞歷山大一世島一帶同樣發現了火山噴發的證據,這樣的噴發以至不斷持續到南極冰蓋構成以後。 埃爾斯沃思山脈則是西部南極洲地質構造獨一反常的地域,這裡的地層狀況與東部南極洲更為接近。
東部南極洲的地質構造愈加多樣化。 對前寒武紀地質停止測定,發現一些岩石構成於30多億年前,這些岩石主要是蛻變岩和火成岩,它們構成了這塊區域地盾的基底。 [71]在這層基底之上是各種岩石,比方砂岩、灰岩、以及構成於泥盆紀和侏羅紀時期的構成橫貫南極山脈的頁岩等,而且有煤層存在。 在臨海地域,如沙克爾頓山脈和維多利亞地也呈現了一些斷層。
礦產資源
南極大陸已探明的礦產資源主要是煤[67]。 最早的記載是弗蘭克·懷爾德在尼姆羅德探險期間在比爾德摩爾冰川左近發現煤的存在。 如今人們曾經曉得低級煤在橫貫南極山脈中有著十分廣的散佈。 南極洲主要的礦產資源大多散佈在近海地域。 鐵礦是南極大陸所發現的儲量最大的礦產,主要位於東南極洲查理斯王子山脈。 其鐵礦蘊藏量,初步預算可供全世界開發應用200年[72]。 除鐵和煤之外,還有南極半島的銅、鉬以及少量的金、銀、鉻、鎳和鈷; 南極橫貫山脈地域的銅、鉛、鋅、銀、錫和金; 東南極洲的銅、銀、錫、錳、鈦和鈾等有色金屬等已發現的礦床、礦點100多處。 [73]南極洲的石油貯存量約500億~1000億桶,自然氣儲量約為30000億~50000億立方米,主要散布在羅斯海、威德爾海和別林斯高晉海以及南極大陸架[74][75][76]。
關於這些礦產資源,南極條約環境維護議定書制止開採(科學研討除外),有效期從1998年起計50年,但目前尚無有效期后的開發協定。 [77]
人口
參見:南極科考站
一些國度在南極洲設置了常駐研討站。 在冬季,位於南極洲大陸及左近島嶼從事科學研討或其他相關工作的人員約有1,000人,到了夏季人數則是5,000左右,因而南極洲的人口密度在冬季和夏季分別是每百萬平方千米70人和350人。 許多研討站全年有人駐守,在南極過冬的人員通常都是執行持續一整年的任務。 2004年,俄羅斯的別林斯高晉站設立了一座俄羅斯正教會的三一教堂,每年會有一兩位司祭輪番駐守[78][79]。
最早在南極洲左近(南極幅合帶以南)半永世寓居的人是從1786年起在南喬治亞和南桑威奇群島駐留一年以上的英國和美國的海豹獵人[71]。 在捕鯨時期,夏季島上人數超越一千(有時以至超越兩千),冬季則是200左右,直到1966年才完畢。 在捕鯨獵人中挪威人占大多數,而英國人也逐步增加。 他們的寓居地包括古利德維肯、利斯港、愛德華國王角、斯特羅姆內斯、胡斯維克、奧拉夫王子港、海洋港及戈德蘇爾灣。 捕鯨站的主管及資深人員經常和家人同住,其中包括葛利特維根基地的開創人卡爾·安東·拉森船長。 他是著名的挪威捕鯨人及採險家,在1910年與家人一同取得英國公民身份。
第一個在南極幅合帶出生的人是挪威女嬰佐爾法伊格·雅各森·貢布約爾格。 她於1913年10月8日在葛利特維根出生,並由南喬治亞和南桑威奇群島的官員為她註銷出生。 她的父親是捕鯨站的副主管弗里達特約夫·雅各森,母親是克拉拉·奧萊特·雅各森。 雅各森在1904年來到該島,並在1914年至1921年期間擔任葛利特維根的主管,他有兩個孩子在該島出生[80]。
埃米利奧·馬科·斯帕爾馬則是第一位出生在南緯60度線(南極條約體系中訂定的南極洲邊境)以南的人[81],也是第一個出生在南極大陸的人。 1978年,他在位於南極半島頂點的埃斯佩蘭薩站出生[82][83]。 他的父母和另外七個家庭由阿根廷抵達南極,其目的是肯定南極能否合適寓居。 1984年,胡安·巴勃羅·卡馬喬(Juan Pablo Camacho)在愛德華多·弗雷·蒙塔爾瓦總統基地出生,成為第一位在南極洲出生的智利人。 如今,南極洲已有幾個基地具有帶小孩的家庭,這些小孩在研討站內設立的學校上學[84]。 截至2009年,已有11個小孩在南極洲出生(南緯60度線以南),其中八人出生在阿根廷的埃斯佩蘭薩基地[85],另外三人出生在智利的弗雷蒙塔爾瓦基地[86]。
科考站
阿蒙森-斯科特南極站,滿月及長達25秒的曝光時間使得相機可以充沛曝光。 照片中最左邊的調查站、中間的發電站以及右下方的機械車庫明晰可見,而背景中的綠色光是極光。
每年有來自28個國度的科學家在南極停止一系列實驗,這些實驗無法在其他環境停止。 夏季有超越4000名科學家在科學調查站中展開研討,到了冬天,人數減少至略多於1000名[1]。 麥克默多站是南極洲最大的調查站,可以同時包容超越1000名科學家、訪客及遊客[142]。
研討者包括生物學家、地質學家、海洋學家、物理學家、天文學家、冰川學家以及氣候學家:地質學家主要研討板塊結構論、來自外太空的隕石以及與岡瓦那大陸崩潰有關的地質研討材料; 冰川學家則集中於研討浮冰、時節性積雪、冰川和冰蓋的歷史及其動力學; 生物學家除了研討野生動物外,也研討惡劣溫度環境與人類的呈現對各種野生生物的順應及生存戰略的影響; 醫生研討極端溫度下病毒的傳播與人體的反響; 在阿蒙森-史考特南極站的天體物理學家則研討天球以及宇宙微波背景輻射。 由於高海拔地域大氣層稀薄、極低的氣溫使得大氣中水蒸氣含量較低,而且沒有光污染,南極具有比地球上任何中央都明晰的太空視野。 因而,在南極洲的天文學觀測結果比其他地域更好; 此外,在阿蒙森-史考特南極站下方2千米有世界上最大的中微子望遠鏡,應用南極冰作為遮罩層和觀測介質來觀測中微子[143]。
自20世紀70年代開端,在南極洲上方大氣層的臭氧層的研討成為一個重點研討方向。 1985年,三名大英帝國科學家剖析了在布倫特冰架上的哈雷研討站搜集到的數據,發現南極洲上方的臭氧層存在一個“空泛”。 人們最終證明臭氧層空泛是由人類產生的氯氟烴形成的。 1989年,針對氯氟烴的蒙特利爾議定書生效,人們估量臭氧層大約需求到2050至到2070年才幹回歸到1980年的程度。 而在當今毀壞下,可能要等到22世紀。
美國國度航空航太局2006年9月的衛星數據顯現,南極上方的臭氧層空泛面積已到達275萬平方千米,是有紀錄以來的最大值[145]。 目前研討者尚未完整理解臭氧層變稀對南極洲氣候的影響。
2007年極地天文空間中心成立。 借助地球空間資訊科學技術和遙感技術,空間中心向美國聯邦政府贊助的研討小組提供了地圖繪製效勞。 如今,該中心能夠每45天繪製一遍完好的50釐米精度南極地圖。
2007年9月6日,以比利時為主導的國際極地基金會推出伊莉莎白公主站方案。 伊莉莎白公主站是第一個完成了零排放的極地科學站。 它的主要研討方向是氣候變化。 作為2008年國際極地年活動的一局部,這個耗資1,750萬美圓、由預製元件組裝的科學站於當年年底從比利時運往南極,用來研討和監測極地地域的環境狀態。 比利時極地探險家阿蘭·休伯特(Alain Hubert)表示“這個科學站是首個零排放的極地科學站,它將成為一個模範,展現了人們應該如何在南極洲運用能源”。 設計團隊隊長約翰·伯特(Johan Berte)將擔任科學站中氣候學、冰川學和微生物學研討方案的專案總管。
2008年1月,由休·科爾和大衛·沃恩率領的英國南極調查局(BAS)科學家團隊在《自然——地球科學》(Nature Geoscience)雜誌發表研討成果:雷達圖像航測結果標明,2200年前一座在南極冰蓋下的火山迸發。 這次迸發將是近一萬年以來最大範圍的火山迸發。 在靠近派恩島冰川的哈德森山脈下的冰面上可以找到火山灰的堆積物。
2014年的一項研討標明東南極冰蓋在更新世期間至少變薄了500米。 這個研討同時指出自末次冰盛期至今,即可能從距今約14,000年開端,東南極冰蓋變薄了不到50米。
南極洲已知是最多隕石的中央,尤於東部南極洲。 來自南極的隕石是研討太陽系早期組成的一個重要範疇,多數是來自小行星帶之中若干小行星之間的碰撞構成隕石飛濺進來,並攜帶一些物質在太陽系中遊覽,最終墜落到地球之上,但也有些可能是在行星上生成的。 第一顆在南極洲發現的隕石是於1912年發現的阿黛利地隕石。 1969年,一個日本探險隊發現了9顆隕石,大多數都是在過去數百萬年落在冰層上的。 冰層的運動將這些隕石集中到有阻撓的地點,例如山腳下。 它們在降雪下面埋藏了幾個世紀之後,被風的腐蝕帶到了地表。 與在地球上較暖和地域搜集到的隕石相比,南極隕石相對保管完好。 [150]
大量的隕石使得科學家們可以更好天文解太陽系中隕石類型的豐度,以及隕石、小行星和彗星之間的關聯性。 人們曾經發現一些新類型和稀有的隕石。 它們可能來自月球和火星遭到撞擊而飛離的碎片。 這些標本(特別是ANSMET發現的ALH84001)是爭辯火星上能否有微生物的中心證據。 由於隕石在太空中會吸收與記載宇宙輻射,所以能夠經由實驗室的研討肯定隕石擊中地球的時間。 除了墜落的時間,隕石還能夠提供更多研討南極冰層環境的有用資訊。 [150]
2006年,來自美國俄亥俄州立大學的一組研討人員運用NASA的GRACE衛星發現480千米寬的威爾克斯地隕石坑。 這個隕石坑可能是在兩億五千萬年前構成的。
2013年1月,在比利時南極隕石搜索任務(SAMBA)中,人們發現一顆重達18千克的隕石,該隕石位於南森冰原上。
2015年1月,科學家在博杜安國王冰架的表層雪發現了一個1.2千米的圓截面構造,初步揣測其為隕石坑。 另外,一張25年前的衛星圖像恰恰記載過這個位置。
冰體與全球海平面
南極洲冰川運動的模仿動畫
由於臨近南極點,南極洲所承受到的太陽輻射相對較少。 這意味著在這片極端冰冷的大陸上,水主要以冰的方式存在。 南極洲絕大局部地域的降水較少,以降雪為主。 降雪會逐步積聚構成掩蓋土地的宏大冰蓋[154],而局部的冰蓋會構成向大陸邊緣流去的冰流。 南極洲海岸左近的海面上還漂浮著大量冰架。 它們是由外流入海的冰川構成的[155]。 在每年的大多數時間內,海岸左近的溫度都足以低到令海水結冰。 對南極冰蓋的研討有助於人們瞭解其對全球海平面及氣溫可能存在的影響[154]。
南極地域的海冰會在每年冬天增加,所增加的海冰大多會在夏季消融。 這些冰是由海水凝結而成的,同時會在生成的水域中漂浮,因此並不會招致海平面上升。 南極洲左近的海冰掩蓋面積近幾十年來沒有發作太大的變化,但相關研討人員尚沒有控制其厚度的變化狀況。 [156] [157]
冰架融解並不會對海平面產生太大的影響,這一點能夠從浮力原理以及水與冰的密度關係能夠隨便推得,但是假如思索構成冰架的冰來自南極內陸這一點的話,從整體而言冰架融解還是會招致全球海平面上升,雖然局部的融解水可能會隨著降雪重回陸地。 近幾十年來,南極洲海岸左近,特別是南極半島四周發作了幾次猛烈的冰架崩塌。 相關研討人員還擔憂冰架的擾動會招致內陸冰體加速外流。 [158]
南極洲內陸的冰體涵藏著全世界約70%的淡水資源[16]。 這個冰蓋中的冰會隨降雪增加,而隨外流至海減少。 整體而言,其體量每年會凈增加約82 Gt,從而令全球海平面每年均勻降落0.23 mm左右。
佔領南極大陸絕大局部的東部南極洲的基土普遍高於海平面。 這塊冰冷地域的降雪會漸漸累積構成冰,局部還會構成外流至海的冰川。 相關人員以為東南極冰蓋的體積增減總體處於均衡,有時冰蓋體積還會略為增加[160][161][162]。 但是該地域的某些區域還是呈現了冰加速外流的跡象。
全球暖化對南極洲的影響
南極局部地域的氣溫正在升高,特別是在南極半島左近。 一份發表於2009年的研討報告顯現,南極大陸在1957年至2006年間每十年均勻升溫0.05°C以上,西部南極洲在50年間每十年升溫0.1°C以上。 這個現象在冬春兩季尤為明顯,而變暖現象會被東部南極洲的秋季降溫現象局部抵消[164]。 同時還有研討顯現南極洲變暖現象是人類二氧化碳的排放形成的,不過這個說法目前仍存在爭議。 雖然西部南極洲外表升溫幅度很大,卻沒有形成該地域冰層的大面積融解,也沒有直接影響西南極冰蓋對海平面升高的作用。 相反,近年來冰川加速外流被以為是由大陸架左近深海流入的暖和海水形成。 南極半島關於海平面的凈影響更有可能是幅度更大的大氣變暖所招致的]。
2002年,位於南極半島的拉森冰架崩塌[170]。 2008年2月28日至3月8日間,位於南極半島西南側的威爾金斯冰架中約570平方千米的冰體也發作了崩塌。 剩餘的15,000平方千米冰體被一條寬約6千米的冰帶支撐著[,也處在崩塌的邊緣。 2009年4月5日,這塊冰體徹底崩塌。 據美國國度航空航太局的報告,2005年,南極大陸外表冰層發作30年內面積最大的融解,一塊面積與美國加利福尼亞州差不多的冰層在短暫的融解之後又再度冰封。 這可能是當地高達5°C的氣溫形成的[175]。 一份發表於2013年的研討報告顯現,西部南極洲的中部可能是地球上面溫度上升最快的區域之一。 研討人員展現了伯德站1958年至2010年的年均勻溫度記載,闡明這一地域的年均勻氣溫在這段時間線性升高了2.4±1.2°C。
臭氧層空泛
南極洲上空由於氯氟烴的彙集而構成的臭氧層空泛的面積在2006年9月到達有記載以來的最大值。
主條目:臭氧層空泛
每年的8月至10月,南極洲上空會呈現臭氧層空泛。 在這一區域內,大氣中臭氧含量相當低。 這個空泛簡直掩蓋了整個南極大陸。 1985年,英國的一支南極研討團隊在其於《自然》雜誌發表的一篇文章中描繪了臭氧層空泛。 這一報告惹起了世界關於這一問題的注重。 自從被察看到以來,臭氧層空泛的面積不斷居高不下。 2006年9月,其面積到達了有記載以來的最大值。 而據已有的記載,存在時間最長的空泛會不斷存在到來年的1月初。 臭氧層空泛是由釋放入大氣中的氯氟烴形成的,這種物質會催化臭氧轉化為氧氣。
一些科學研討結果顯現臭氧層空泛是南極洲乃至南半球其他區域氣候變化的主導要素之一。 臭氧能夠吸收大量輻射入平流層的紫外線,並轉化為熱。 南極洲上空的臭氧層空泛會形成這一地域的平流層的溫度降落6 °C左右。 這一效應會使大陸四周的西風構成的極地渦旋加強,南極點左近的冷空氣不能外流,進一步招致南極洲東部的冰層的溫度降低,而使南極洲四周區域,特別是南極半島的冰層溫度升高,促使該地的冰層加速凝結[179]。 相關模型剖析還標明,臭氧層空泛以及加強的極地渦旋也是近來南極大陸海岸左近浮冰增加的緣由之一。