斗转星移,中国海洋科学技术进步日新月异,在潜龙遇难五年后,李旭扬又将再次率领中国科考队南征地球的南极点了。
怀揣着构建中国极地海底科学实验与观光一体化的南极海洋之星的梦想,李旭扬做为此次南极海底科学城先期选址的科考队队长深知此事的重大社会意义。
那么,如何在南极海底选址构建中国极地海底科学实验城呢?
首先,构建南极海底科学实验城的科学研究价值、生态环保价值以及战略意义都是非同寻常及特别重要的,随着全球气候变化研究和极地资源开发的深入展开进行,南极海底作为地球最后的没有被人类彻底破坏的前沿科学疆域,其独特的地质构造、生态系统和战略位置都具有重要的研究价值。
中国作为《南极条约》的协商国和极地科学考察大国,构建极地海底科学实验城不仅能够推动多学科交叉研究的进步和发展,更是中国参与南极治理、维护海洋权益的重要举措。
结合中国在南极现有的科考站布局经验、海底地名命名规则以及国际科研合作机制,探讨在南极海底科学选址与建设实验城的可行性路径方面上,中国已经达到了科学技术完全成熟可以进入到可实施建设阶段了。
在海底建设科学实验城的选址核心要素就是必须要注重科学目标与地理条件的协同。这是基于以下两个方面的科学要求的:第一就是在科学目标导向的选址逻辑上,这方面又要充分考虑到以下两种情况,即考虑选择气候与环境研究优先区域,这可以参考中国在二十一世纪的罗斯海新站选址逻辑(恩克斯堡岛)经验上,实验城应该是优先布局于全球气候变化敏感区,如玛丽·伯德地(拟建第六科考站区域)或罗斯海沿岸。因为这些区域冰架动态、海冰消融过程与全球海平面变化直接相关,可以为大气-冰川-海洋耦合研究提供原位数据。第二就是选择资源与生态热点区域。如果是聚焦于生物多样性保护研究方面上,可以选择南极半岛或威德尔海等海洋生物活性极高的海洋区域;如果是以地质勘探为主,那就需要选择靠近古老地盾或火山活动带(如埃里伯斯山周边)附近地区,便于研究板块运动与矿产资源分布。
其次就是要全面综合考虑到地理与工程可行性约束的要求,这又包括要考虑到以下两种自然环境条件,即海底地形稳定性和水深与通航条件。
在海底地形稳定性条件上,可以借鉴麦克默多湾科考群落经验(美国麦克默多站),实验城需要选址于三面环山或火山岩基底区域,利用天然屏障抵御下降风,并依托坚硬玄武岩层建造抗压结构。例如,罗斯海特拉诺瓦湾的恩克斯堡岛因为具备火山玄武岩地基而成为常年站理想选择地址。
而在水深与通航条件上,根据中国在二十一世纪时的第31次南极考察队经验,在难言岛附近测绘的40~50米水深锚地可以为物资运输提供便利。实验城若需要频繁补给,应该选择靠近夏季可以通航的水域(如罗斯海通道),并且要确保水深条件充分满足科考船停泊需求(通常>30米)。
再次就是在技术路径上,第一个要求就是要从海底地名命名到实地勘测方面入手,这需要从以下两方面入手进行。首先就是要在国际规则框架下的实施合法化步骤,这又要从海底地名命名先行以及环境影响评估合规性两方面进行考虑。
在海底地名命先行方面上,依据scar与scufn管理规则,中国可以通过提交新发现海底地形提案(如海岭、海沟或热液区专名),经过南极地理信息常设委员会审核后纳入《南极地名词典》。例如,德国通过命名69个海底地名强化区域存在感,中国可以借鉴此策略,在实验城预选区周边命名关键地形以宣示科研权益。
而在环境影响评估合规性方面上,可以参考中国拟建考克斯角科考站的环境影响草案流程,需要向《南极条约》缔约国提交详细方案,包括设施布局(主楼900㎡+科研中心500㎡)、能源供给(可再生能源占比)、废弃物处理等数据,确保符合《南极条约环境保护议定书》要求。
在技术路径上的第二个要求,就是要具有多学科勘测技术体系。这又包括高精度海测绘和原位环境监测网络两方面技术要求。
首先在高精度海底测绘方面上,可以运用多波束测深仪与侧扫声呐构建三维地质模型,识别出适合建造人工基座的平坦岩层区域(坡度<5°),并且探测潜在断层带或冰川活动区以避免地质风险。
其次就是在原位环境监测网络上,可以部署温盐深仪(ctd)、海流计与地震传感器,长期采集水文、地质与气候数据,为实验城选址提供动态依据。中国在二十一世纪早期的二十年代所拥有的极地考察船(如“雪龙2”号)就搭载此类设备开展了一些前期科考,积累了许多珍贵的科学数据及信息。
第四方面,就是在拟建科学城的功能规划与可持续运营方面上也要有两方面的具体要求。这就是模块化实验平台设计和长期维护与风险应对这两方面的要求。
首先是在模块化实验平台设计方面上,要充分考虑到核心功能分区应该包括科研舱室,这要求设置海洋化学实验室、极端环境生物培养舱、地球物理观测站;在能源与通信上,可以采用风电-太阳能混合供电系统(参考罗斯海新站绿色理念),并通过卫星链路实现数据实时回传;而在而生命支持系统方面,可以利用海水淡化技术与闭环废水处理系统维持自给自足。其次就是要预先设置国际合作接口,要预留接口兼容国际科研设备(如美国冰立方中微子观测站标准),并参照中国-新西兰南极合作模式,与scar成员国共享数据与设施使用权。
第二就是在长期维护与风险应对方面上,要必须以下要求:1。具有抗极端环境设计,这主要就是建筑主体需要抵御-60c低温与12级以上强风,要采用模块化预制结构便于冬季维护;另外还有关键管线埋设要在永冻层以下以防止冻融破坏。2。在应急保障体系方面上,可以依托附近常驻科考站(如中山站或未来罗斯海新站)建立48小时应急响应圈,储备燃料、医疗物资与破冰船支援能力。
第五就是建设南极深海科学城会面临一些挑战与对策,这主要就是首先要全面充分考虑到在国际政治博弈下的权益平衡问题,针对部分国家对中国科考设施的“军事化”质疑(如美国国防部报告),需要通过透明化科研目标公示(如聚焦气候变化而非资源勘探)及联合科考协议签署(如与澳大利亚、智利共建共享实验室)化解信任危机。
其次就是要在技术瓶颈上实现突破,这主要就是深海高压环境下的材料腐蚀防护、海底机器人自主运维等技术仍然需要攻关。中国海洋科学研究院通过依托中国极地研究中心(上海)的科研储备,联合高校开发出抗压合金结构与a驱动的远程监控系统。这是中国迈向极地深蓝的又一次科研新征程,同时构建南极海底科学实验城也是中国深度参与全球极地治理的关键一步。通过科学选址、技术集成与国际合作,这一未来设施将成为破解地球系统科学谜题的前沿哨所,同时为人类和平利用极地资源提供了典型中国方案。在《南极条约》体系框架下,中国有望以实验城为支点,推动建立更加公平、包容的极地科学研究中心。
在遥远的南极冰盖之下,隐藏着一个属于未来的奇迹——中国建设的抗九级强震海底科学实验城。这座宏伟的海中建筑不仅仅是一座海底海洋科学研究的圣地,更是一个充满生命力的海底世界,展示了人类对未知领域的无限探索与创新。
实验城位于南极冰盖与海洋的交汇处,设计上分考虑了极地环境的特殊性和地震的威胁。
其主体结构采用高强度合金和新型复合材料,能够抵御九级强震的冲击,确保在极端环境下的稳定运行。同时,城内的建筑布局灵活多变,可根据研究需求进行调整,为科