基于生物体系下南极生态系统对当地动物的保护

张伟刚

摘要：南极洲是地球七大洲之一，因为其独特的地理因素，在大陆漂移时期被“孤立”到南极并且被咆哮西北风带“保护”至今。其地区的生物相互作用使其生物多样性稳定繁荣。

关键词：大陆漂移理论咆哮西风带 南大洋食物链 冰间湖

一、地理因素

南极的气候环境是南极生态系统的保护机制之一，这是它独特的地缘因素造成的。Alfred Lothar Wegener是德国极地研究员。他发展了大陆漂移理论，即大约10亿年前，许多大陆相互漂移，形成了一块名为盘古大陆的大片土地。大陆漂移理论，今天的南极洲位于这片陆地的南部 - 一个称为冈瓦纳的地区。据认为，冈瓦纳由南半球的大部分陆地组成 - 南极洲，南美洲，非洲，印度和澳大利亚。化石证据表明，它们具有相同的植物和动物生命。南美洲东海岸与非洲西海岸"契合"，两个地区具有匹配的岩层和山脉的想法也支持了他的理论。然后大约1.84亿年前，在侏罗纪早期 - 冈瓦纳开始分离，今天的南极洲，印度和澳大利亚与非洲和南美洲分裂。然后南美洲从非洲缓慢漂移，南大西洋在大约1.3亿年前开放。1000万年后，印度开始向北迁移。在白垩纪晚期，南极洲、新西兰和澳大利亚分裂，使南极洲在南方独立。这是南极洲历史上的一个巨大里程碑，使我们更接近于了解我們今天所知道的南极洲，以及南极洲是如何形成的。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，一以南极点为中心，四面环海、孤立于其他大陆的南极大陆诞生了。

南极不仅是世界上最冷的地方，也是世界上风力最大的地区。那里平均每年8级以上的大风有300天，年平均风速19.4米/秒。1972年澳大利亚莫森站观测到的最大风速为82米/秒。法国迪尔维尔站曾观测到风速达100米/秒的飓风，这相当于12级台风的3倍，是迄今世界上记录到的最大风速。南极风暴之所以这样强大，原因在于南极大陆雪面温度低，附近的空气迅速被冷却收缩而变重，密度增大。而覆盖南极大陆的冰盖就像一块中部厚、四周薄的“铁饼”，形成一个中心高与沿海地区之间的陡坡地形。变重了的冷空气从内陆高处沿斜面急剧下滑，到了沿海地带，因地势骤然下降，使冷气流下滑的速度加大，于是形成了强劲的、速度极快的下降风。在南半球副热带高压南侧，大约在南纬40度至60度附近，有一个环绕地球的低压区，常年盛行五六级的西风和四五米高的涌浪，7级以上的大风天气全年各月都可达7—10天以上，这就是人们通常所说的南半球西风带，也称“咆哮西风带”，是进入南极必经的一道“鬼门关”。咆哮西风带风力巨大而持久原因。首先，地球自转决定着空气流动的方向。依据大气环流总的结构，中纬度的气流向高纬度的极地输送。这原本意味着，北半球的中纬度在理论上应是南风，而南半球的中纬度在理论上应是北风。然而，在地球自转时产生的偏向力，始终对前进方向的右侧产生作用力。这样一来，就使北半球的南风变成了西南风，把南半球的北风变成了西北风。并且，地球的偏向力随着纬度的增高而增加，因而到了中纬度地带时，这个偏向力是强大的，这成了西风带始终盛行西风的主导原因。其次，中纬度地区由于温差大，热量消耗多，导致空气中的上下对流频繁旺盛，从而引起强烈的大风。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。南极环极洋流（ACC）是一种顺时针流动的洋流（从南极向南极看），从南极洲从西向东流动。ACC的另一个名称是西风漂移。ACC是南大洋的主要环流特征，平均运输量估计为100-150 ，甚至可能更高，[2]使其成为最大的洋流。 由于缺乏与南极洲相连的任何陆地，洋流是环极地，这使得温暖的海水远离南极洲，使该大陆能够保持其巨大的冰盖。

在国际极地年期间，大约500名研究人员参与了一项海洋生物普查，其结果于2010年公布。这项研究是全球海洋生物普查的一部分，其中的很多发现都值得关注。研究结果表明超过235种海洋生物在两极地区都有分布，这已经跨越了12，000千米（南极至北极的距离）。部分鸟类和大型动物如鲸类每年都会在两极之间往返。出人意料的是，一些小型生物如海参和自由游动的蜗牛在南北两极也都有分布。据推测，原因可能是深海区域两极与赤道的温差不大，基本小于5℃，而且洋流系统像一个海洋传送带那样把生物的卵和幼虫输送到各个地方。

二、生物相互作用

所谓食物链，是指生物之间的弱肉强食、互相依存的食物关系，俗话说“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米啃泥底”，就生动而形象地比喻了这种相依为命的食物链关系。

南大洋食物链的第一环是浮游植物，主要是硅藻，这和世界其他海洋的情形一样。浮游植物能进行光合作用，在阳光下把二氧化碳和水变成有机物，即把太阳能转变成化学能贮存起来。主要是由于来自北部温暖洋流的水体含有丰富的氮、磷等营养盐，形成上升流涌到表层，促进了浮游植物的生长。在上升流区和南极大陆近岸水中，浮游植物异常丰富，人们可以看到它们把海水或浮冰“染”成深绿或棕色。丰富的浮游植物为浮游动物提供了充沛的饵料，浮游动物又供养了其他高等动物。

很多海洋动物都直接或间接地依靠浮游植物生存，其中包括企鹅、蓝鲸、虎鲸、大王酸浆鱿和海狗。聚集成大群的南极磷虾以浮游生物为食，是南冰洋生态系统的关键物种，也是鲸鱼、海豹、豹海豹、海狗、乌贼、银鱼、企鹅、信天翁和其他许多鸟类重要的食物。

南大洋的食物链是相当脆弱的，这是因为南极大磷虾在食物链中是关键的一环。在南大洋这个海洋牧场上，有繁茂的浮游植物，90%以上为硅藻，它们是数量惊人的南极大磷虾的饵料，反过来，磷虾又维持着种类不多，但数量惊人的高等动物的生命，如海豹、企鹅和鲸等。一旦磷虾这一环节被打断，南大洋的整个食物链就破坏了。

在极寒的冬天，南极大部分地区平均温度在-25℃以下，理论上南极大陆周围海域均会结上厚厚的一层冰。但实际上，在南极大陆边缘甚至是一些远洋区，冬季仍会出现一些不结冰的开阔水域，这就是冰间湖（Polynyas）。一片“玉湖”在冰心，这冰封万里的南极之中的一片片开阔水面，是海洋动物换气和觅食的重要场所，犹如“白色荒漠“中的一片“生命绿洲”。冰间湖的面积大多介于几十到几万平方公里，每年基本上在相同位置出现，持续时间为几周到几个月，出现时间、持续时间和面积大小存在年际变化，平均而言，全球冰间湖面积总和大于十万平方公里。

这些冰间湖区域由于未被海冰覆盖，日照相对充足，因此生长着众多的浮游植物，是南极食物链的基础，如大名鼎鼎的磷虾就以此为食。另外中国第36次南极科考还发现了阿蒙森海冰间湖是侧纹南极鱼的产卵场和育幼场。而磷虾和鱼类又是海鸟、企鹅、海豹、鲸等食物链上层大型动物的主要食物，这些生物在这里构成了一条非常典型的食物链。

为了解决这一科学难题，美国华盛顿大学等机构的研究人员，请来了南极的“土著“——海豹，并给它们配上了专业传感器进行冰间湖探索。这些海豹会游到这些离岸冰间湖区域觅食，也顺便为科学家带回冰间湖的第一手资料。研究者发现，这两年威德尔海域冬季风暴格外强烈，打破了海水的稳定分层状态，产生与通常年份不同的对流。下层较暖海水上涌的趋势增强，到达表层冷却后密度变大，重新下沉，这个循环过程会抑制表层结冰。相关成果发表在著名国际期刊《自然》上。

参考文献：

[1]高云泽.李瑞婧.金帅辰.高会.侯超.曹胜凯.那广水，南极生态环境及管理现状研究[J].海洋环境科学. 2020，39（05）：753-758.

[2]尹修草，厉珍珠，方晓静. 南极平均温度的聚类分析及预测[J]. 邵阳学院学报（自然科学版）. 2017（01）。