近日，自然資源部中國(guó)第41次南極考察羅斯海聯(lián)合航次圓滿收官，此次航行匯聚來(lái)自九個(gè)國(guó)家約50名科考人員，其中有10人來(lái)自上海交通大學(xué)海洋學(xué)院。作為國(guó)際上首次以南極邊緣海秋季生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象的跨國(guó)聯(lián)合科考行動(dòng)，本次航次成功在-20℃至-28℃的秋季極寒環(huán)境下順利完成了20天的連續(xù)觀測(cè)，突破極地科考的“季節(jié)禁區(qū)”。

從零到一：敢為人先，突破極地科考“季節(jié)禁區(qū)”

長(zhǎng)久以來(lái)，傳統(tǒng)南極科考大多集中在夏季開(kāi)展。受極寒氣候與復(fù)雜海況的雙重制約，夏季以外的南極科考被視作“不可能完成的任務(wù)”。正因如此，南極秋季觀測(cè)數(shù)據(jù)極度匱乏，導(dǎo)致人類對(duì)該時(shí)段的自然過(guò)程研究不足、認(rèn)知有限。

“為什么不組織一次南極秋冬季科考呢？”這個(gè)念頭，如同種子一般，在海洋學(xué)院院長(zhǎng)周朦的腦海中不斷生根發(fā)芽。周朦是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的“老南極”，已去過(guò)14次南極、10次北極。他深知，在漫長(zhǎng)的秋冬季節(jié)，南極邊緣海存在著一個(gè)活躍的暗生態(tài)系統(tǒng)，其中涵蓋了磷蝦、魚(yú)類、鳥(niǎo)類和哺乳動(dòng)物等眾多生物。南極秋冬季暗生態(tài)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)海洋生物圈的有機(jī)質(zhì)和能量究竟從何而來(lái)？結(jié)冰、深對(duì)流和混合等過(guò)程又是如何影響海洋生物輸運(yùn)及垂直碳通量的？冬季的何種過(guò)程決定了浮游生物種群結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響次年春季的生產(chǎn)力？這一系列錯(cuò)綜復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題，猶如一團(tuán)團(tuán)迷霧，亟待科研人員去撥開(kāi)。

為什么選擇羅斯海？因?yàn)榱_斯海在南極科考領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的地位。它是各國(guó)在南極邊緣海研究的熱點(diǎn)區(qū)域，是全球大洋底層水——南極底層水的重要生成地，對(duì)全球熱鹽環(huán)流和氣候的影響重大。它還是南大洋生物生產(chǎn)力最高的區(qū)域之一，擁有豐富的生物資源，其生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程至關(guān)重要。高生產(chǎn)力與底層水形成過(guò)程使羅斯海成為深海有機(jī)碳埋藏的熱點(diǎn)區(qū)域。

然而，若要發(fā)起南極的秋冬季航次，意味著要冒著極端低溫、大風(fēng)和海冰密集度高的巨大挑戰(zhàn)，這對(duì)科考船的保障能力和科考隊(duì)員的抗逆能力而言，都是前所未有的嚴(yán)峻考驗(yàn)。在中國(guó)的極地科考?xì)v史上，這尚屬首次，沒(méi)有任何前人的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，一切都需要考察隊(duì)和科研人員自己去摸索、去嘗試，如同在黑暗中摸索前行，每一步都充滿了未知與挑戰(zhàn)。

2021年上海交通大學(xué)與中國(guó)極地研究中心（以下簡(jiǎn)稱極地中心）簽署合作共建協(xié)議，此次全新探索之旅能夠成行，深深得益于“部部共建、科教融合”的合作。極地科學(xué)考察是人類探索自然奧秘、探求新發(fā)展空間的重要領(lǐng)域，在我國(guó)極地考察40年之際，周朦院長(zhǎng)提出“探秘南極、突破極限”的大膽科學(xué)構(gòu)想，與極地中心規(guī)劃布局不謀而合。在極地中心的牽頭推動(dòng)下，航次最終破冰前行。此次航次由極地中心精心組織實(shí)施，極地中心何劍鋒研究員（海洋學(xué)院雙聘教師）擔(dān)任本航次首席科學(xué)家，海洋學(xué)院周朦院長(zhǎng)擔(dān)任首席科學(xué)家顧問(wèn)，張召儒教授擔(dān)任首席科學(xué)家助理。

從一到十：全學(xué)科攻堅(jiān)，打造極地研究“交大艦隊(duì)”

一支好的隊(duì)伍是能打勝仗的關(guān)鍵，而一支能打勝仗的隊(duì)伍，必須具備多學(xué)科協(xié)同作戰(zhàn)的能力。上海交通大學(xué)海洋學(xué)院由周朦院長(zhǎng)牽頭，組建了一支覆蓋海洋生態(tài)、物理海洋、生物地球化學(xué)等領(lǐng)域的全學(xué)科團(tuán)隊(duì)。成員中既有深耕羅斯海研究十余年的資深學(xué)者，也有首次踏足極地的青年科研人員，形成了老中青相結(jié)合、經(jīng)驗(yàn)與創(chuàng)新相融合的架構(gòu)。周朦院長(zhǎng)在團(tuán)隊(duì)組建之初，便有著清晰的布局構(gòu)想：以多學(xué)科交叉融合為突破口，圍繞南大洋秋季黑暗季節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程和碳埋藏等核心科學(xué)問(wèn)題，展開(kāi)全方位、深層次的研究。他強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)成員之間的貫穿性與關(guān)聯(lián)性，鼓勵(lì)大家在各自擅長(zhǎng)的領(lǐng)域深耕細(xì)作的同時(shí)，加強(qiáng)交流與合作，形成強(qiáng)大的研究合力。

作為本次考察的首席科學(xué)家助理，張召儒負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)組織參加航次的國(guó)際科學(xué)家的調(diào)查任務(wù)，同時(shí)在航次中承擔(dān)海洋溫鹽深剖面儀（CTD）和下放式海流剖面儀（LADCP）的觀測(cè)任務(wù)。近十年來(lái)，張召儒一直從事南極底層水在羅斯海冰間湖的生成過(guò)程和輸送過(guò)程，但過(guò)去主要是依托其帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)展的高分辨率冰-海耦合數(shù)值模式來(lái)開(kāi)展數(shù)值模擬工作。南極底層水在南極秋季開(kāi)始生成，因此以往的常規(guī)夏季考察航次無(wú)法觀測(cè)該過(guò)程。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和CTD觀測(cè)中，張召儒看到了秋季冰間湖強(qiáng)烈的海氣熱交換和產(chǎn)冰過(guò)程、 冰間湖深層南極底層水源水團(tuán)的大量存在、陸坡區(qū)南極底層水在底邊界層的強(qiáng)混合等現(xiàn)象，為深入研究南極底層水的形成機(jī)制和動(dòng)力學(xué)過(guò)程收集了寶貴的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料。

鐘貽森副教授負(fù)責(zé)夜班CTD設(shè)備系統(tǒng)下放以及走航ADCP觀測(cè)的任務(wù)，夜間作業(yè)時(shí)更低的氣溫與能見(jiàn)度給儀器下放帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)，但夜間通常是海洋生物覓食最為活躍的時(shí)刻。近年來(lái)鐘貽森一直與Walker Smith教授合作開(kāi)展羅斯海混合調(diào)控下的物理-生物耦合過(guò)程的研究，這次他攜帶的湍流儀由于秋季惡劣的天氣與密集的海冰無(wú)法安全操作，成為了他任務(wù)中一個(gè)不小的遺憾，不過(guò)這次他為Smith教授制作的一個(gè)新型培養(yǎng)設(shè)備卻派上了大用場(chǎng)。

被稱為“羅斯海先生”的Walker Smith教授這次做了一次全新的嘗試——“碎屑冰生成實(shí)驗(yàn)”。海面結(jié)冰過(guò)程對(duì)于南極冬季的生物獲取海冰中的有機(jī)物食物來(lái)源至關(guān)重要，Smith教授想估算有機(jī)物能以多快的速率進(jìn)入海冰當(dāng)中。鐘貽森副教授協(xié)助他完成了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜而精細(xì)：需要先將表層海水采集到大約兩米高的水管中，在戶外靜置一段時(shí)間，讓海水逐漸結(jié)冰。隨后，分別采集管中表層的冰和水，進(jìn)一步過(guò)濾海冰融水和表層水以獲取藻類樣品，通過(guò)對(duì)比觀測(cè)來(lái)探究生冰過(guò)程是否會(huì)對(duì)藻類產(chǎn)生富集作用。

馮媛媛副教授主要對(duì)調(diào)查站位的浮游植物開(kāi)展生物量及物種組成的分布特征開(kāi)展調(diào)查，并通過(guò)船載培養(yǎng)和多組學(xué)分析手段探究秋冬季弱光低溫環(huán)境下浮游植物的響應(yīng)及生存策略。她在各個(gè)站位采集并測(cè)定了標(biāo)準(zhǔn)水層的分粒級(jí)葉綠素的濃度，采集了浮游植物水樣和垂直拖網(wǎng)樣品。她發(fā)現(xiàn)秋季混合層中的浮游植物生物量較夏季水體下降很多，而羅斯海夏季優(yōu)勢(shì)種群之一的南極棕囊藻已基本不見(jiàn)蹤影，更多的是瀕于生長(zhǎng)衰退期的硅藻類群。“最忙碌的時(shí)候一天做了5個(gè)站位的樣品采集，睡眠時(shí)間也會(huì)被做站工作分割得很零散。但是好在順利完成了預(yù)定的工作計(jì)劃。”

張瑞峰研究員在實(shí)驗(yàn)室中搭了一個(gè)裝有空氣過(guò)濾器的帳篷，打造出一個(gè)潔凈的環(huán)境來(lái)獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。他關(guān)注的是海水中痕量元素的生物地球化學(xué)循環(huán)，尤其是鐵在南大洋的分布情況。“如果能搞清楚這一問(wèn)題，就能更準(zhǔn)確地了解南極浮游植物的生長(zhǎng)潛力，以及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的食物來(lái)源支撐力，這對(duì)于研究南極生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定具有重要意義。”

朱一無(wú)老師采用現(xiàn)代的光學(xué)儀器——激光現(xiàn)場(chǎng)散射粒度儀（LISST）和激光浮游生物計(jì)數(shù)儀（LOOC）來(lái)對(duì)水體中浮游植物、浮游動(dòng)物和顆粒碳做現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，可以得到傳統(tǒng)采樣方法難以取得的浮游生物和顆粒碳在時(shí)間和空間上的高密度數(shù)據(jù)。從深海、陸坡、海溝到冰間湖，她對(duì)羅斯海的不同生態(tài)環(huán)境做了考察，為進(jìn)一步的研究積累了寶貴的數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)師晏茂軍在本航次中最重要的工作是現(xiàn)場(chǎng)完成營(yíng)養(yǎng)鹽的分析，營(yíng)養(yǎng)鹽是海水化學(xué)最基本的參數(shù)，是海洋生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定能獲得更準(zhǔn)確的營(yíng)養(yǎng)鹽參數(shù)。

值得一提的是，團(tuán)隊(duì)還特別邀請(qǐng)了來(lái)自不同國(guó)家和地區(qū)的科學(xué)家共同參與，并組織了“羅斯海大學(xué)”，大家分享研究發(fā)現(xiàn)，文化交融、火花碰撞，為研究激發(fā)出更多的可能性和創(chuàng)新性。

然而，對(duì)所有隊(duì)員來(lái)說(shuō)，航次有個(gè)最大的挑戰(zhàn)——在冰區(qū)作業(yè)時(shí)要面對(duì)極端低溫，很多設(shè)備使用出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)考察作業(yè)帶來(lái)很大的影響。比如CTD的電導(dǎo)率池、采水瓶的釋放器多次出現(xiàn)結(jié)冰或凍結(jié)的現(xiàn)象，導(dǎo)致儀器正常工作受阻；采水瓶放水口在低溫時(shí)也會(huì)結(jié)冰，影響了正常的取水工作。進(jìn)入冰區(qū)沒(méi)多久船上的走航水就凍住了，實(shí)驗(yàn)室的下水管路也被凍住。中層漁網(wǎng)回收時(shí)因?yàn)檫M(jìn)很多冰而嚴(yán)重?fù)p壞，磷蝦網(wǎng)回收時(shí)被冰困住。舯部甲板艙門的液壓閥門也因嚴(yán)寒而損壞，艙門無(wú)法打開(kāi)操作……重重阻礙并沒(méi)有難倒大家，從船長(zhǎng)水手到科學(xué)家，所有人都集思廣益，順利化解危機(jī)。比如在CTD下放前利用暖風(fēng)機(jī)對(duì)儀器持續(xù)加熱，用擋板遮蔽儀器抵御寒風(fēng)；采水器回收后，用月池的暖風(fēng)管、自己寢室的電吹風(fēng)，一起加熱采水器……

此外，秋冬季的“魔鬼西風(fēng)帶”更是令人聞風(fēng)喪膽，它對(duì)隊(duì)員們的身體和心理都是極大的考驗(yàn)。在這種情況下，交大海洋學(xué)院師生以扎實(shí)的專業(yè)素養(yǎng)與跨文化協(xié)作能力，成為航次中的攻堅(jiān)力量。克服低溫、強(qiáng)風(fēng)等極端條件，成功完成浮游生物群落結(jié)構(gòu)分析、碳通量監(jiān)測(cè)、海冰-海洋-大氣相互作用觀測(cè)等任務(wù)，并與多國(guó)科學(xué)家共享數(shù)據(jù)、協(xié)同攻關(guān)。

從十到無(wú)限：深耕極地，書(shū)寫(xiě)自然探秘“未來(lái)篇章”

航次雖已結(jié)束，但科學(xué)探索永無(wú)止境。

在這個(gè)航次中，海洋學(xué)院的老師們及國(guó)外合作者

獲得了一些重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，正在開(kāi)展深入探索。調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于羅斯海其他區(qū)域，在南極的“造冰工廠”——冰間湖區(qū)域的水體性質(zhì)和浮游生物在垂直方向的分布上更為均一，平時(shí)多生活在海洋上層、運(yùn)動(dòng)能力弱的小型浮游動(dòng)物在海洋深層和底層的數(shù)量更加豐富。這些都揭示了在秋冬季，冰間湖強(qiáng)烈的結(jié)冰過(guò)程所驅(qū)動(dòng)的海洋深對(duì)流活動(dòng)對(duì)海水物理性質(zhì)、生物分布和越冬過(guò)程的影響。同時(shí)，在冰間湖發(fā)現(xiàn)了暖的繞極深層水入侵信號(hào)以及冷的冰架融水信號(hào)，這些過(guò)程對(duì)海洋深對(duì)流及其驅(qū)動(dòng)下的大洋底層水——南極底層水的生成會(huì)產(chǎn)生重要作用。航次還發(fā)現(xiàn)，冰間湖中的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度與其他海域差異顯著，浮游動(dòng)物在全水深中豐富的分布，揭示了在我們航次到達(dá)前曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的活躍生物過(guò)程。這些顯示出羅斯海冰間湖海域特殊的生態(tài)過(guò)程，為全面認(rèn)知南極邊緣海的生物地球化學(xué)循環(huán)提供了重要觀測(cè)結(jié)果。航次調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，羅斯海的西北陸坡區(qū)存在南極大磷蝦的大量聚集，海洋環(huán)流的格局對(duì)該磷蝦“熱點(diǎn)”區(qū)域的形成具有潛在的重要作用；這里的浮游植物量相對(duì)于其他區(qū)域偏低，揭示了磷蝦對(duì)浮游動(dòng)物及碎屑的大量攝食活動(dòng)，生態(tài)系統(tǒng)被下行控制過(guò)程所主導(dǎo)。

除了科學(xué)研究之外，大家還體驗(yàn)了很多在南極夏季無(wú)法體會(huì)到的特殊的美與神秘。海冰邊緣區(qū)如夢(mèng)如幻的冰浪，凌晨時(shí)分神秘絢爛的極光，身姿矯健露出海面的鯨魚(yú)，冰面上行走的上千只阿德利企鵝群……這些美景不僅讓隊(duì)員們感受到了極地的魅力，更讓他們深刻體會(huì)到了科研工作的意義和價(jià)值。

博士生馬明瑋此前在科研工作中處理極地的樣品時(shí)，從沒(méi)想象過(guò)它們是怎么從南極送到自己手里的。親自體驗(yàn)過(guò)后他才知道，自己做的每一次實(shí)驗(yàn)，都是很多人的努力結(jié)晶，也讓他更加明白了文獻(xiàn)中致謝的含金量。作為海洋學(xué)院的博士生，他更加篤定了自己要在博士期間更用心投入到極地研究中的想法。“用一句話總結(jié)我的航次感受就是，在風(fēng)雪與浪濤中，觸碰夢(mèng)想的極點(diǎn)。這不僅僅是一次航次，更是我科研之路的儀式感起點(diǎn)，一次深入骨血的體驗(yàn)轉(zhuǎn)變，一段把‘極地’從圖文變?yōu)檎鎸?shí)肌理的自我成長(zhǎng)旅程。”

在這40多天的科考之旅中，博士生隋維康第一次真正體會(huì)到“極地”兩個(gè)字的分量，也第一次深切地感受到：科學(xué)不僅是實(shí)驗(yàn)室里的公式和圖表，更是風(fēng)雪中一鍬一鍬挖出來(lái)的、靠雙手和意志完成的探索。 “風(fēng)雪是日常，冰封是常態(tài)，零下二十多度的寒風(fēng)穿透防寒服，凍得人幾乎說(shuō)不出話來(lái)。但正是在這樣的極端環(huán)境中，我學(xué)會(huì)了堅(jiān)持、敬畏與合作。那些曾經(jīng)在課堂上學(xué)到的知識(shí)，在南極變成了一項(xiàng)項(xiàng)緊迫而真實(shí)的任務(wù)。”在羅斯海冰間湖采樣時(shí)，感受著在遙遠(yuǎn)的世界盡頭，幽藍(lán)色的寧?kù)o海水中一群南極磷蝦在燈光下跳躍著閃閃發(fā)光的情境，他突然明白為什么無(wú)數(shù)科學(xué)家愿意花幾十年時(shí)間堅(jiān)守在這片冰雪大陸——南極的美，不僅在它的孤寂與神秘，更在于它對(duì)人類提出的追問(wèn)：你愿意為科學(xué)、為地球、為未來(lái)，走多遠(yuǎn)？“當(dāng)我們帶著一瓶瓶海水樣品、一份份沉積物返航，其實(shí)也是帶回了更深的責(zé)任感。”

從“零的突破”到“十的凝聚”，再到“無(wú)限的未來(lái)”，上海交通大學(xué)海洋學(xué)院以敢為人先的勇氣，在國(guó)際極地科考舞臺(tái)上刻下“交大印記”。未來(lái)，我們將繼續(xù)以“破冰者”的姿態(tài)，深耕極地、對(duì)話全球，讓極地的未來(lái)在人類的不懈探索與無(wú)盡想象中綻放出更加絢爛奪目的光芒。