南极从哪里来？

这颗星球上，再没有比南极更特别的土地了

（地球，图片源自@NASA）

我们的祖先，从走出非洲的那一刻起便致力于占领整个星球，包括每一块大陆、每一片海洋，唯有南极是个例外

（早期人类迁徙路线图，制图@张靖/星球研究所，依据《Going global: How humans conquered the world/NewScientist》）

1959年，美苏英法等国经过反复磋商终于在华盛顿达成一致，冻结对南极的一切领土要求，禁止在南极进行任何军事活动，这便是著名的《南极条约》

（南极条约组织的旗帜）

条约最大限度地将人类的贪婪限制在南极以外，使得南极成为这颗星球上最纯净的冰雪世界

（南极视角的地球，图片源自@Photographer's Choice/VCG）

冰雪之中，是完全不同于人类文明的另一种繁荣，包括全球最为独特的生态系统，全球数量最多、繁衍最成功的动物，它们在极为荒芜冷酷的自然条件下生生不息

一切都需要从南极的形成说起，那是一场持续3000多万年的“风”“流”往事

Ⅰ风流双煞

2亿多年前，地球上的陆地主要由两部分构成，劳亚古陆盘踞北半球

今天的南极、非洲、南美、印度等地则连成一片，共同构成了南方大陆、冈瓦纳古陆（Gondwana）

(联合古陆，制图@赵云鹏/星球研究所）

虽然同样位于高纬度地区，但此时的南极远没有今天这般寒冷，蕨类、苏铁等植物生长茂盛，森林绵延、郁郁葱葱，各种古兽繁衍其间，物种昌盛、万象更新

（2亿年前南极大陆上的代表性动物水龙兽及其生存环境复原，它身长从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，两颗长牙是其显著标志，图片源自@National Geographic/VCG）

如若照此发展，也许我们今天看到的南极与欧亚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，非洲、澳大利亚等陆块纷纷向北漂移，印度次大陆更是如箭离弦般向欧亚大陆飞速撞去，只有南极陆块孤零零地留在极地

（1.4亿年前至今的板块运动示意图，视频制作@Christopher Scotese）

当时间到了3400万年前，南美洲与南极陆块的最后连接，也被板块运动的洪荒之力无情切断

海水喷涌而入，形成了宽达900千米的德雷克海峡（Drake Passage）两个大陆隔海峡相望，努力勾连的“手指”依依不舍

（德雷克海峡，制图@张靖/星球研究所，底图源自@NASA）

于是，一个以南极点为中心四面环海、孤立于其他大陆的南极大陆诞生了

（以南极大陆为中心地图，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，同心闭合的白色曲线是纬线，其它是经线，制图@Daniel R. Strebe/维基百科）

它面积高达1400万平方千米，比中国的陆地面积还大46%

（南极大陆与中国面积对比，制图@赵云鹏/星球研究所）

大陆四周没有其他陆地、山岳的阻隔，海面上无遮无拦，“风”率先降临，它自西向东环绕南极一周，风力时常高达7级以上，人称咆哮西风带（Roaring Fifties/Screaming Sixties）

（咆哮西风带，源自@Matt Owens/NOAA；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）

强风吹动海面，形成海浪，海浪又带动深层海水形成更强大的洋流，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，视频源自@NASA；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）

现在，“风流双煞”皆已登场，狭窄的德雷克海峡上风雷滚滚、海浪汹汹，成为企图进入南极者的噩梦

（正在通过德雷克海峡的船只，图片源自@VCG）

更重要的是“风流双煞”形成了两大屏障，将整个南极包裹起来，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

（南极大陆被“封印”示意图，制图@赵云鹏/星球研究所）

当一片大陆被“封印”，会造成怎样的后果呢？

Ⅱ冷酷末日

后果就是，对原本生活在南极大陆上的生命来说，末日降临了，首先是冷，与没有被“封印”的北极相比

无论最低温还是年平均气温，南极都要冷20度左右，2013年记录的最低温甚至达到-93.2°C，为地球之”冷极“

至冷之中，冰雪纷纷飘落，高山上发育出巨大的冰川，将南极的山峰切割得尖削凌厉。

（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，图片源自@National Geographic/VCG）

当冰雪堆积超过千万年，南极98%的陆地都被巨大的冰川所笼罩，称为冰盖（Ice Sheet）

（南极冰盖，根据卫星图像合成，冰盖反射阳光，呈现出一种激动人心的珍珠光泽，图片源自@NASA）

原本高耸的山峰，只能露出尖尖的山顶，有如白色海洋上的小岛名为冰原岛峰（Nunatak）

（瑟斯顿岛上的冰原岛峰，图片源自@NASA/John Sonntag）

就连那些燥动不安的火山，也不能幸免

（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）

南极大冰盖集中了全球70%的淡水，如果融化足以令全球海平面上升60余米，中国沿海及华北平原都将泽国一片，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个泰山海拔的冰雪叠加，巨大的重量压迫陆地下陷，甚至严重低于海平面。

（去除冰川后的南极陆地示意图，一半在海平面以下，图片源自@NASA）

另一方面，南极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形成下降风（Katabatic wind）

（下降风形成示意图，制图@张靖/星球研究所）

下降风卷起地表的雪粒遮天蔽日，目前地球上已知最大的风速便在南极，是名副其实的“风极”

（一位科研人员正在南极维加岛的风暴中行进，图片源自@VCG）

下降风肆虐迅猛，所到之处物毁土崩，它呼啸着抵达海岸，横扫大洋

（飞机拍摄的南极菲尔克纳冰架附近海面，下降风吹动积雪在海面上留下了清晰的痕迹，摄影师@Linette Boisvert/NASA）

海洋也跌入酷寒之中，表面的海水被冻结成冰，从太空俯瞰，白色的海冰正向四面八方扩展，似乎要让蓝色星球换改天换地

（2015年9月21日的南极海冰范围，图片源自@VCG）

这些海冰厚达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

（一艘美国破冰船行驶在南极海面，图片源自@VCG）

寒冷、冰雪、大风，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，南极已经彻底由绿色天地转变为万物肃杀的冷酷世界，生命就这样结束了吗？

（喙嘴翼龙化石，曾于1亿多年前生活于南极，图片源自@M0tty/维基百科）

当然不是，因为一场全新的生命大戏正在冷酷中孕育

Ⅲ 冰雪生机

南极冰盖并非静止不动，而是会从高处向低处流动，形成冰流

（南极冰流示意，视频源自@NASA）

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@周三哥）

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，制图@赵云鹏&兰泽玉/星球研究所；冰山由陆地上的冰川形成，而海冰由海水直接冻结形成）

南极大陆边缘74%的海域都被冰架覆盖

（2004年3月拍摄的拉森冰架，摄影师@Jim Ross/NASA）

从海面望去有如一条连绵不绝的冰雪长城

（请将手机横屏观看，摄影师@柳叶刀）

当这种冰架的前缘断裂所形成的冰山往往呈现桌状

（南极桌状冰山，图片源自@VCG）

可以高达数百米

（注意冰面上的企鹅，图片源自@VCG）

在海浪、狂风的不断侵蚀下，变得形态万千

（请将手机横屏观看，图片源自@Michael Leggero/VCG）

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，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海流，一众生命纷纷登上舞台，但它们又该如何抵抗无情的严寒呢？

（上升流和下降流示意图，制图@张靖/星球研究所；相比之下，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”）

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

（硅藻，图片源自@NASA）

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

（海水因充满藻类而呈现绿色，图片源自@NOAA）

②紧接着

以藻类为食的南极磷虾登场为了度过漫长而寒冷的冬季，它们能够忍受超过200天的饥饿，甚至会出现负生长，所以通常2-3年也不过长到5厘米左右

（南极磷虾，图片源自@维基百科）

然而就是超强的忍耐力，让这个不起眼的小生命，成为这颗星球上数量最大，繁衍最成功的动物之一。保守估计总量在5亿吨以上，相比之外，人类的总体重也才4亿多吨

它们喜欢集群活动，找到食物的个体会把信息转告其他个体，然后一拥而上集体抢食，每立方水体可以聚集几千到数万条，之后又在洋流和浮冰的驱动下，流云般地来去无踪

（太平洋磷虾群，谨供参考，图片源自@VCG）

③如此巨大的磷虾种群

形成整个南极生态系统的基石，可以支撑的生物链远远超过人们的想象

鱼类便是其中之一，最具代表性的是南极冰鱼，它极强的“抗冻”能力，源于循环系统中的一种糖蛋白，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

（一种南极冰鱼，图片源自@Marrabbio2/维基百科）

因为南极海域富含氧气，有的南极冰鱼还在演化中干脆丢掉了运送氧气的血红蛋白，从而使得血液呈现为白色

（一种小型南极冰鱼，呈现透明状，图片源自@Uwe kils/维基百科）

④鸟类也在南极洲大陆边缘以及周边岛屿上繁衍起来，数量多达2亿只

（信天翁，摄影师@林中响箭）

它们在南极海域的风浪中博击，以南极磷虾、鱼类、乌贼等为食

（灰背信天翁，摄影师@PETER）

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）

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，在它们光滑的羽毛内保留一层空气层，既可以增加浮力，也有助于隔绝南极冰冷的海水

耳朵、脚等部位则变得更小，以减少热量流失。

（3700万年前的巨企鹅与人类、现在的帝企鹅对比，制图@张靖/星球研究所）

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@张靖/星球研究所）

从绅士般的王企鹅

（王企鹅，比帝企鹅稍矮，但颜色更鲜艳、嘴部更长，耳后还有个橘红色的封闭斑纹，图片源自@VCG）

到“浑身是戏”的帽带企鹅

（帽带企鹅，摄影师@汗斯）

再到红嘴的金图企鹅

（金图企鹅，摄影师@陈小琳）

而高大、坚毅的帝企鹅，则最有最强的抗寒能力，它拥有所有企鹅中最大的体重，减少了相对表面积和热量损失，帝企鹅还能够控制血液流向四肢，防止肢体冻结

（帝企鹅，图片源自@VCG）

而通过抱团取暖，更是可以在零下数十度的低温环境中，让体温上升到38°C，同时它们还会不断变换位置，以确保每只帝企鹅都有机会进入最温暖的中心区域

（抱团取暖的帝企鹅幼崽，图片源自@VCG）

⑤大型的海洋哺乳动物也繁盛起来

海豹、海狮、海象以厚厚的皮毛著称，具有极佳的御寒、防水性能，其中，有着细小耳朵的海狗，是海狮科的一个亚科

（海狗，图片源自@VCG）

体型臃肿的象海豹，雄性体长可达6.5米，体重约4吨，“青春年少”便已经是一个大胖子

（象海豹幼崽，图片源自@VCG）

喜欢凿洞的威德尔海豹，经常从冰洞中伸出小而圆的脑袋，尽情呼吸

（威德尔海豹，图片源自@VCG）

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，它们拥有厚厚的脂肪层，可以提供足够御寒的能量。

（座头鲸，图片源自@VCG）

就这样，“风流双煞”封印了南极，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

（南极生态系统示意图，制图@张靖/星球研究所）

主要参考文献：刘小汉《南极大陆的演化与科学探索》、陈良标《南极鱼类——冰海里演化出的奇迹》、吴福星/张正旺《南极四季话鸟兽》