南极从哪里来？

　　一群国家地理控，专注于探索极致世界
　　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）
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　　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》）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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
　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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＂）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　到＂浑身是戏＂的
　　帽带企鹅
　　（帽带企鹅，摄影师@汗斯）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　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）
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　　而对于人类来说
　　这里依然是难以踏足的禁区
　　毕竟没有防水的皮毛
　　没有厚实的脂肪
　　没有蓬松的羽毛
　　更没有永不冰冻的血液
　　要在世界最寒冷的地方生存下去
　　只能依靠足够专业的技术和装备
　　P.S. 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》
　　本人转载于＂星球研究所＂