极地冰盖之下地球的秘密

　　浙江在线8月26日讯（记者 谢丹颖 通讯员 孙湫词）张涛刚从北极回来。

　　准确地说，是从位于北纬79度、挪威斯瓦尔巴群岛新奥勒松小镇的中国北极科考站黄河站回来。6月，当地正值极昼，太阳悬在头顶，不会落下。

　　“这次科考是在陆地上。”此行张涛主要用电磁法“读”冰川融水。仪器架在冰缘，捕捉地下介质的电性差异。用他的话说，“不是看冰川化了没，而是感知它怎么化、往哪儿流。”信号从冻土层底下传上来，一帧一帧，像翻阅地球的日记。

　　人刚回国，北极带回的数据还没理出头绪，另一份“新鲜”先到了办公室——“2026‘中国极地考察先进个人’”的奖状摊在了桌角，和一堆数据硬盘摞在一起。

　　从极地冰盖之下，到整个地球表面的建构逻辑，尺度在放大，问题却在收拢。张涛如此评价：“海底每一次传回的信号、收集到的每一份数据，都是地球在诉说自己的来历。”

　　我们的对话，从张涛办公室墙上，那张海陆面积比约7:3的世界地图开始。

　　“潜入”加克洋中脊

　　在张涛眼里，地图是“活”的——全球六大板块并不安分，它们“漂浮”在地幔软流层上，日复一日漂移、挤压、撕扯。喜马拉雅山脉从古特提斯海里隆起，大西洋每年都在悄悄变宽……地球内部的力量，就这样一寸一寸雕刻着陆与海。

　　对地球物理学家而言，要找到的是这张图背后的演变逻辑。密度对应重力、磁性对应磁力、导电率对应电法，地下不可见的物性参数，经仪器转译为可读的语言。

　　而“勾住”张涛的，是海底地壳与陆地完全不同的脾气：它年轻、循环不休，拉扯间驱动板块运动。聊到北纬85°附近的加克洋中脊，他将身体靠向椅背，话语间有了画面感——洋中脊是占地表约三分之二面积的海洋地壳的诞生地。加克洋中脊位于北冰洋中央海盆，是世界上扩张速率最慢的洋中脊，每年向两侧分离不到20毫米。它藏在极地冰盖下，守着关乎地球演化的硬核谜题。

　　经典板块构造理论认为：扩张越慢，岩浆越难上涌。而海底地壳是由岩浆冷却“长”成——没有“原料”，地壳就该薄到几近于零。加克洋中脊到底有没有地壳？这个悬念让张涛放不下：“我们研究到最后，是在回答一个问题：覆盖地球70%面积的海洋地壳，到底是怎么长出来的。”

　　半个多世纪里，这个问题始终止于学界推测。因为在冰覆盖率超80%、水深逾3500米的密集冰区，没人能把精密仪器送到海底再完整收回来。

　　如此无人区，如何潜进去？

　　高纬冰区海底主动源地震探测的原理常被张涛比作“给海底做CT”。科考船尾拖着高压气枪，每隔十几秒爆破发声；数十台地震仪“耳朵”沉入海底，“听”穿透地层后反射回来的声波。不同岩层物性不同，有的穿透、有的折返，叠在一起就是地下结构剖面图。这套技术在开阔大洋早已成熟，但搬进北极冰盖，大量已知条件归了零。

　　最先卡住的是回收。普通海域，仪器完成任务后靠自身浮力上浮，队员看见橘红色浮球捞起即可。而在极地，即便是极昼，海面白茫茫一片，寻找难度很大。凭信号锁定浮标位置，回收窗口稍纵即逝——浮冰随时可能合拢，把设备封在冰下。更棘手的是，设备一旦被漂移海冰带走，“就彻底找不回来了”。

　　“相当于把精密仪器埋进冰箱，再把实验器材扔进暴风雪，最后还要原样找回来。”张涛说，团队光设计回收方案就磨了两年多，做了大量冰区模拟实验，反复验证浮球穿透冰层的概率模型——直到2021年，中国第十二次北极科考JASMInE（茉莉花）航次启航，张涛作为首席助理随海洋地质专家李家彪院士赴北冰洋。这一次，43台具有自主知识产权的海底地震仪布入加克洋中脊，最终回收率达97.7%。

　　仪器回来了，数据回来了，“矛盾”也跟着来了。

　　按经典理论，超慢速扩张的洋中脊无法形成足够岩浆，地壳厚度应趋近于零，地幔岩石直接出露于海底。但团队“听”到的结构完全不同：加克洋中脊地壳平均厚度超5000米，部分区域甚至接近9000米。

　　是偶然还是普遍机制？一面是国际公认的推论，一面是亲手测到的剖面，对撞之下最考验定力。

　　李家彪院士给出方向：不能只盯着北冰洋，要放到全球尺度去比对。张涛把北大西洋、西南印度洋、太平洋的典型洋中脊逐一拉出对照，最终指向一个全新地壳增生机制：想象地球是一口高压锅，洋中脊是锅盖上的气阀。传统理论认为地幔物质被动上涌——像有人拿掉阀门，物质顺势溢出；但北冰洋数据揭示，在超慢速扩张脊，地幔物质还会“主动上涌”——锅内压力攒够了，自己把阀门顶开、高压喷出。

　　“从全球尺度看，被动上涌控制快速扩张脊，主动上涌控制超慢速扩张脊的地壳增生。”2024年夏天，这项成果登上权威科学期刊《自然》。

　　11次北极之旅

　　与多数人的想象不同，北极圈内总面积达2100万平方公里，陆地不多，大部分是浩瀚的冰封北冰洋。

　　正随“雪龙2”号奔赴北极的科考队员、张涛的研究生蔡晓仙说，穿过白令海峡继续北进，气温跌破零度，海面反而出奇地静。表层海水凝结出一层薄薄的“新生冰”——不是纪录片里那种完整的白，碎冰挡住了浪，海的“脾气”随之收敛。船身平稳、舱内温暖，手机信号时断时续，她半开玩笑：“船上最大的困扰，大概是偶尔破冰的‘咔咔’声会影响睡眠。”

　　直到浮冰越来越密，体积越来越大，通体雪白的雪鹱贴着冰缘掠过，偶尔还能撞见北极熊。即便不是老极地人也能确认：船，已经逼近北极。

　　张涛并不是从小立志“征服极地”的人。问起研究的原因，他的回答很简单：因为它就在那里，值得“折腾”。作为全人类活动痕迹最淡的“原初实验室”之一，独特的地理位置与气候环境，让北极天然成为科研、装备检验等的理想场域。

　　他与北极结缘于2008年。即便跑过不少大洋开展科考，38岁首次登上北极航次时，他上船的第一反应是“‘雪龙’号真大”。那也是我国第三次北极科考，地球物理调查首次加入任务，他与搭档负责重力和磁力的测量。

　　极地从不温柔，漫长的极昼、潮湿的寒风考验着每一个抵达这里的人。但张涛说，从大洋到极地，真正难捱的，是“测不到的焦虑”。

　　北极海底探测没有任何可借鉴的经验。更不必说，冰况无法提前模拟，环境全靠现场判断。北极夏天的冷也和想象不同——气温往往只是零下几度，但湿度大、风硬，人在甲板上站久了，寒意顺着关节往里钻。比体感更难熬的是一层叠一层的焦虑：愁冰多船开不进去，进去了怕设备收不上来，收上来又担心数据质量。

　　尤其首次出航，团队尚不熟练，回收第一台海底地震设备耗了12小时。张涛团队使用声学定位的方法，靠声波约1500米/秒的传播速度反算距离。“海底地震仪放下去，没人敢保证它还能回来。这一台回来了，下一台也没底。回收率达85%就算正常。”张涛坦言，一旦丢失，意味着前期努力全部归零。

　　最揪心的经历，是一台海底地震仪深陷冰下，看见了却收不回。据张涛回忆，当时，冰下碎冰交错遮挡，小型水下机器人（ROV）没有参照物、辨不清方向，数小时一无所获。“只能冒险驾船破冰——此举也可能直接撞毁仪器。”反复权衡后，张涛和“雪龙2”号船长沟通，商定以可控低速顶推，破开冰层的同时尽量减小冲击。

　　冰层裂开的瞬间，当仪器带着光亮缓缓浮出水面，张涛脱口喊道：“看到了！看到了！”话一出口他才猛然想起，船上配备各频段声学探测系统，严禁高声喧哗，不然容易触发警报。

　　除了困难，还有意外。谈及极地，最直观的便是寒冷，海冰封住海面，也封住了所有现成答案：比如，常用的“超短基线”定位需在船底开孔下放设备。“一次，浮冰直接从孔洞里顶了上来。”看似小事，处理起来“管道窄、冰块重，非常浪费时间”。团队最终是架起蒸汽管，一点点把冰化开才关上门。“从那以后，每次都会先用ROV下到船底确认一遍。”张涛说，这些规矩，都是踏踏实实摔打出来的。

　　85°以上的探险合作

　　海洋科学是一门以观测为基础的学科。颠覆传统的认知与质疑，皆有赖于此。

　　行业里有共识：纬度超过85°，就算探险。张涛还记得第一次越过这条线时，船周数百海里再无航迹。天地一色的空茫里，他真切地读懂了一件事：极地科考从来不是一国之力能完成的，国际合作不是选项，而是必须。

　　毕竟，科考很少有“完全按计划进行”的时刻。白茫茫的冰原间，唯一能倚仗的只有并肩的队友。张涛很少提及冻伤、晕船，他的讲述里，多是友谊和善意：“每一步脚印、每一口呼吸都依赖同伴。”大家谈论的话题也很大——关于人类共同未来、关乎这颗星球本身。

　　科学竞争确实存在，谁先发表谁占先机。但在极地圈，“抢发”极其少见。2021年赴北极前，团队多次向德国极地研究所在北极做过多年地球物理研究的薇拉·施林德温（Vera Schlindwein）教授请教；后来，中国航次完成得漂亮，又分享了发现和做法；几年后德方重返加克洋中脊，在一个海山上发现大量深海海绵，德国极地研究所所长专门发邮件告诉张涛。“科学最终的目的，是共享认知。”张涛直言。

　　在冰区探测这条线上，如今中国团队已走在前面。底气足了，协作的圈子就更大。作为国际北极海底地形测绘计划（IBCAO）中唯一的中国委员，张涛还参与编制被全球广泛使用的北极地形数据第四版IBCAO。中国尺子，刻进了世界尽头的海底。

　　立足科研本职，张涛积极搭建国际合作桥梁，与来自美、俄、法、德等地的北极科研人员建立深度合作网络，发起北冰洋洋中脊国际联合探测计划：2024年，中国北极考察路线变了——船队借道俄罗斯摩尔曼斯克入北极。俄方约20人参与到加克洋中脊的调查中。任务集中了，人员轮换了，设备操作空间也终于够了。“方便许多”四个字背后，是中国北极科考从“硬扛航程、一船包打”到“分段布局、国际协作”的策略转身。

　　极地议题中，气候变化、碳源汇、海冰消退等每一个都是中心，窗口期越来越宝贵，科学家能做的，是合作之外，把测线一寸寸铺得更密。

　　探究“海洋地壳怎么长出来”后，团队将目光投向南极，“计划今年末明年初，去南极看看板块到底是怎么‘沉’下去的。”

　　记者手记