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地球重力在南极凹陷:有研究发现冰原下有存在7000万年的重力空洞

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有些精密电子秤出厂时要先按销售地区校准,说明书里还附着一张各地重力值的表。原因是同一袋米,在哈尔滨称和在海口称,读数会差那么一点。地球的引力在各地本来就有强有弱。

那把这台秤带到南极点会怎样?读数会变大。地球自转,赤道又往外鼓,两极反倒离地心近,所以极地的重力比赤道大约强千分之五。一位60公斤的老人站上去,秤上会多出差不多300克。



既然南极的秤读数偏重,"重力低谷"又在哪儿?要看科学家用什么当参照。过去一般认为全球最深的重力洼地在印度洋。一种不太常用的测绘方法则显示,南极下方的"重力空洞"比印度洋那个还要深。

我的判断是,这片低谷的价值不在于"全球第一"这个名头。它像一本记了七千万年的账,记下的是地球内部岩石怎么流动,还可能牵扯到南极冰盖当年是怎么长起来的。

科学家对南极重力的兴趣正在落到实处。2026年10月26日,中国第43次南极科学考察队的武汉大学队员出征。他们的任务之一是在中山站安装布设超导重力仪,做标定调试和长期观测运维保障。这种仪器灵敏到能察觉重力极其细微的起伏。



"空洞"两个字容易让人想歪。福尔特说得很直接:人们口中的"重力空洞"不是地上真有个洞,也不是重力消失的地方,它是地球重力场里一片非常宽广、非常平缓的低洼。

低洼会把海面也拉下去。重力弱的地方,海水会流向重力更强的区域,所以那里的海面相对地心会稍低一些。按现在的数据,南极这片低谷上由重力决定的海面,比全球平均低了约120米,只是这120米摊在几千公里的范围里,船上的人根本察觉不到。



难的是"看"清地下。2026年4月,中国考察队完成了中国首次南极冰层热水钻探试验,钻深达3413米。这样的深度只是穿过了冰,岩石连碰都还没碰到,更不用说几千公里深的地幔。

福尔特用了一个看病的比方:给整个地球做CT,手里却没有医院那样的X光,只有地震,地震波就是照亮地球内部的那束"光"。地震波碰上冷而硬的岩石跑得快,碰上热而软的岩石就慢下来。把全球地震台常年的记录拼到一起,就能还原出地下的立体结构。

靠地震波算出来的重力图准不准,可以拿卫星实测来核对。在南纬60度以南,模型预测和观测的符合度达到了88%。卫星从天上"称"到的,和地震波从地下"照"出来的,大体对得上。

接下来要做的是让时间倒流。福尔特团队采用时间反演的地幔对流模型,从地震层析成像得出的三维地幔密度结构出发,重建了南极重力低谷近七千万年的演变。为了确认模型没有跑偏,他们还引入了独立的古地磁数据做交叉验证。



模型倒放出来的结果是:南极重力低谷至少已经存在了约7000万年,在5000万到3000万年前之间,强度和位置都经历过一次大转变。它也换过地方,起初全球重力最低点在南大西洋,而且比较弱,后来快速移到罗斯海一带,幅度明显加深。

背后的推手是地幔里的岩石。起初,南极深处的重岩石只造成了一个小小的重力凹陷;之后几百万年、几千万年,更热、更轻的岩石慢慢从深处升上来,让这个凹陷越来越深。岩石一年才挪几厘米,可几千万年累积下来,就改变了整片大陆上方的重力。

时间上有个巧合。大约3400万年前,地球持续降温,南极洲开始大面积结冰,形成了今天覆盖这片大陆的巨大冰盖。这正好落在重力低谷加速变深的那段时期里。地底下的变化,跟地面上冰盖的出现会不会有关系?



福尔特没有急着下结论。他说,南极冰川化有多重推手,包括二氧化碳浓度下降、洋流格局改变和板块构造变化。重力低谷算不算其中一个,目前只是时间上对得上,还没有证据证明两者有因果关系。

下一步就是去找这个证据。福尔特表示,希望用把重力、海平面和大陆高程变化联系起来的新模型,检验这个不断增强的重力低谷与冰盖之间是否存在因果关系。这道题要是能解开,冰盖的成因里就可能多出一条来自地球深处的线索。

这和今天有什么关系?世界上约70%的淡水冻在南极,要是全部融化,全球海平面会上升将近60米。福尔特的说法是:如果能更好地弄清地球内部怎样塑造重力和海平面,就能更深入地了解哪些因素可能影响大冰盖的生长和稳定。



重力还决定了海水往哪边涨。冰盖本身很重,会把周围的海水往自己身边吸。冰盖变薄以后,近处的海面可能反而下降,远处的海岸却涨得更多。要预测某个城市将来要面对多高的海水,就得把冰、海水和重力放在一起算。

罗斯海这片海域,中国考察队最近几年常去。中国第五个南极考察站秦岭站2024年年初正式开站,就在罗斯海沿岸,离这片重力低谷最深的地方不远。那里的冰怎么变、海面怎么动,长期观测记录攒得越多,用处就越大。

南极的规矩也在这几年反复被拿出来讨论。2026年5月,第48次南极条约协商会议在日本广岛召开。主持会议的日方大使在会后坦言,地缘政治分歧对会议的影响无法否认,但这次会议依然在分裂和冲突的年代传递了国际合作的信号。



再说回那台电子秤。秤上多出来的300克,是地球自转造成的。秤上看不出来的那部分亏空,要等七千万年的岩石流动被一点点倒推出来才能看清。福尔特说,这项研究最终想回答一个大问题:"我们的气候,与地球内部正在发生的事情,是怎样联系在一起的?"



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