自然资源部第二海洋研究所（以下简称海洋二所）所长李家彪院士仍然记得这个夏天，他与该所12位科研人员在北极的故事。

　　7月12日，“雪龙2”号从上海起航；9月28日，“雪龙2”号“回家”。历时79天，航程14000海里，海洋二所参与、李家彪任首席科学家的中国第12次北极科学考察圆满完成。

　　作业海域海冰覆盖率大于80%，平均作业水深超过3500米，遭遇同时期-9.3摄氏度的历史最寒天气……在神秘的地球最北端，任何情况都有可能发生，当然回报的，也会是最前沿的科学发现。

　　日前，记者走进杭州市保俶北路36号，聆听科学家们在北极的难忘时光与惊喜发现。

科学家的科考日记

记录北极之行的壮美与不易

　　想象一下，在北极两个多月的生活，眼前可见的只有白茫茫的冰和水蓝蓝的天，是不是会有一种“大漠孤烟直，长河落日圆”的荒凉孤寂之感？

　　夏天，当我们在北纬30°穿着短袖挥汗如雨时，北纬66.5°以上的极地，零下的气温属于常态，一片冰天雪地。

　　冰层，是科考队面对的一大考验。破冰船像一把锋利的剑，打破厚实的冰层，带着科学家驶向更高纬度的海域。

　　“凌晨时分，很多队员都因为感受到了强烈的震动而难眠，船舱里的很多东西都掉了一地。”李家彪告诉记者，8月12日，一段约30公里的厚冰区让“雪龙2”号步履维艰。这不是一个偶然，越往北走，冰区密度和厚度显著增加。

　　“此前俄罗斯在极区有成功的作业经验，他们借助了两条核动力破冰船，且破冰等级均在‘雪龙2’号之上。第一条先开辟水道，第二条跟在后面沿着水道作业。这次的难度可想而知。”李家彪说。

　　一般来说，破冰船的破冰等级可以划分为1至7档，其中第1档的破冰能力最强。“雪龙2”号的破冰能力大约为第3档，能在1.5米厚度冰、0.2米厚度雪的海况下，以2~3节航速连续破冰行驶。船首船尾均可破冰，在遇到很难“拱”的冰脊时，船体可以转动180度，让船尾变成船头。尾部的螺旋桨能在海面下削冰，把10多米高的冰脊“掏空”，从而突出重围。

　　白茫茫的冰区中，我们凌晨开辟的道路清晰可见，如同一条笔直的高速公路通往北方，但是这公路未免也太狭窄了，由于两侧的冰层纹丝不动，依然还是一个雪龙船身的宽度，而且中间堵塞满了密密麻麻的碎冰。——海洋二所研究员、第12次北极科考队首席科学家助理丁巍伟《航次日记》（8月12日星期四）

　　这是一段惊险的旅程，如果船速过快，桌子大小的冰块会从船底冒出来冲击炮缆；如果船速过慢，迅速汇涌的冰块会从两边冲击炮缆……饶是经验丰富的大副，也是手心冒汗。

　　当然，不易的极地生活中，也有美味的调味品。

　　天尚有点余晖，乍到室外几乎什么也看不见，渐渐看到了挂在半空中隐隐的条带，一开始还以为是夜光云，旁人告知那便是极光。突然想起前人说过极光用肉眼看不清，用手机反而能看清，赶紧摸出手机，果然屏幕中看到了绿色的条带，似乎是静止的，观测许久能见缓缓地流动。除却天边流动的淡淡极光，天顶又有丝状的夜光云。室外寒气逼人，尤其冻手，但今夜无风，海面不见一丝波澜，如镜面的海水绵延到天边，间杂着浮冰。又换到右舷，风景更佳，还未极夜，天边尚有淡红色的余晖，由地平线向天顶颜色渐次由淡红变为浅粉，再至鹅黄，再至淡青，再至浅蓝，终变成天顶的深蓝，夜光云如丝般在空中散步，而冰海水平如镜，倒映出几乎一致的天空景致，美得几乎让人窒息，此情此景，已然对得起在北冰洋这两个多月的艰辛了。——丁巍伟《航次日记》（9月7日星期二）

　　多彩的极光、憨憨的北极熊、擦肩而过的同行……倏忽而过，却给予科考队美丽的慰藉。

借助冰下海底地震仪

给地球“做CT”

　　“冰与火的世界”——海洋二所研究员、第12次北极科考队首席科学家助理张涛如此形容北冰洋的海底。

　　加克洋中脊是地球上扩张最慢的地方，然而在冰冷的北冰洋下面，它的海底实际上是非常活跃的，有大量的岩浆活动和火山喷发。是什么造就了如此奇特的现象？

　　像医生做体检一样，科考队员巧妙使用地震学方法给地球“做CT”。

　　冰下海底地震仪由地震计、记录仪和释放器三部分组成。其中地震计负责将接收到的地震波转化为电子信号，记录仪对电子信号进行采集和存储。科研人员通过释放器将海底地震仪回收后，可从记录仪中读取相关数据。

　　CT信号穿过身体，走不同的路线，它会有不同的反射或者折射信号回来，然后医生根据这些再判断你的身体健康情况。与此类似，科考队在海面上发一个巨大的声音，即人工地震信号，声音穿过海底后，会反射或折射回来，先前布置的43个冰下海底地震仪在底下接收，便可以读取海底地壳结构情况。

　　张涛解释，地震发生时产生的地震波在地球内部圈层传递过程中，穿越不同深度和不同种类的岩石时产生了细微的差异，利用对仪器接收到地震波信号的频谱和速度分析，可以揭示出地球内部不同圈层岩石的性质和分布，丰富了全球大陆地质构造演化研究中的北极区域资料。

　　有了CT资料还不够，在体检中，活体取样更能说明深层次的问题。

　　在三四千米深的海底，科考队用自治机器人作眼睛，用声呐等仪器设备当耳朵，用电视抓斗作手。在国际上从来没有探及的一些区域，科考队采集到了许多海底岩石样品，包括部分沉积物样品。“这样的话，既有深部的结构，也有浅表层的地质取样，我们就可以把整块区域非常完美地刻画出来。”张涛说。

　　航渡、地震仪释放、声学定位、地震仪出水，看上去简简单单的工作，在密集的冰层覆盖区，一下子增加了百倍的难度。

　　破冰诚然把冰破坏，但是冰块也开始乱七八糟，而且还会因为流和风的关系相互排列组合，一下子就迷失了方位，任何一块冰之下都有可能藏着地震仪。之后开始艰苦的认冰和破冰之旅，整块的变成几大块，大块再破成若干小块，然后用ROV（遥控无人潜水器）去检查每个小块的冰底。——丁巍伟《航次日记》（8月19日星期四）

　　李家彪告诉记者，在极地冰下进行地震测量，国际上许多专家都认为是不可能的。然而，借助全面自主研发的冰下海底地震仪、海底大地电磁仪、短基线定位系统、电视抓斗、自治机器人等关键技术设备，科考队形成系列冰区海底探测方法及作业规范，43台地震仪回收42台，6台大地电磁仪回收5台，标志着我国已完全具备高纬极寒密集冰区海底探测的自主作业能力。

研究北极气候意义重大

揭开地球的极地密码

　　北极，不管在地质科学、大气科学还是生命科学中，都拥有着特殊的地位。

　　从整个太阳系来看，科学家认为，在地外的行星当中，很可能就有类似的环境，比如说土星、木星等。因此探索北极海底的过程，实际上也是探索生命的起源、恒星奥秘的过程。

　　事实上，北极的科考工作与老百姓的生活密切相关。李家彪说，我国处于北半球，天气和气候直接受到北极大气环流的影响。老百姓常听到天气预报里说的“不断南下的冷空气”，其来源正是北半球的高纬度地区，而北极则是北半球的最北端。因此，北极气候一直是我国气候预测研究的重点，也是难点。

　　北极海洋和海冰与大气环流关系密切，具有相互作用和反馈机理，大气环流的变化直接影响北极气候的变化。同时，北极气候又会对全球气候尤其是北半球中低纬度的气候带来反馈作用。更具体地来说，就是北极海冰覆盖面积越小，地球表面对太阳辐射的反射就越少，吸收的热量就越多，气候就变得越暖，这时海冰的消融就会更快。同时，海冰对海洋与大气间热量交换有抑制作用。海冰的减少会使得太阳辐射直接进入海水，有利于海水吸收热量，加剧海洋和大气间的热量交换。这也是科学家研究全球气候变暖的一个重要切口。

　　“我们还发现了一个巨大的惊喜。”李家彪说，在传统认知上，北极地区的地壳很薄。但这次考察获得的数据初步显示，这里的地壳很冷，意味着岩浆埋藏较深，地壳在局部上比较厚。

　　此外，由于北冰洋只有白令海峡等两处口子与其他大洋相连，具有相对封闭性。科考发现，北冰洋的生态系统种群单一，数量不丰富，浮游生物与细菌这样的微生物，构成了北冰洋食物链的基础。一个视域中最多三五个虾，目前还没发现食物链顶端的大型鱼、蟹，可以说是“生态荒漠”。考察中，科研人员系统开展冰下海底热液探测，首次在调查区采集到热液产物样品，发现了范围大、异常信号强、生物量匮乏的独特极地洋中脊热液系统，为极区海底多圈层物质循环过程认识提供了关键科学证据。

　　“通过此次科考，我们发现北极的底部岩浆供给、地壳生长机制、热液循环系统以及与热液相关生命系统都是非常独特的。相信在该领域中，我们可以进一步破解地球的极地密码，作出中国人的贡献。”李家彪说。