首个首次首套!国产装备持续突破 我国自研发热水钻探系统首次钻入3413米冰层

 当地时间2026年2月5日,东南极内陆的茫茫冰原上,零下四十多摄氏度的寒风裹挟着冰粒抽打着科考队员的面庞。就在这片严酷得令人望而生畏的白茫茫天地间,中国第42次南极考察队冰下湖队的钻探系统发出了最后一道指令。高温高压的热水从钻头喷涌而出,像一把无形的热刀切开黄油般,将最后几米坚冰彻底融化。钻头缓缓下行,传感器传回的数据定格在了一个令所有人屏息凝神的数字——3413米。

 这一钻深,刷新了此前由国际团队保持的2540米极地热水钻探最深纪录。与此同时,“首次”二字为这项工程写下了更深远的意义——这是我国首次在南极冰层成功开展热水钻探试验,意味着中国在极地深部钻探领域一举实现从跟跑到领跑的跨越。自此,我国具备了在90%以上的南极冰盖和全部北极冰盖开展钻探研究的能力,其背后的深远影响远超一颗跳动的数字。

  “热水刀锋”何以克冰,一场精准控制的系统工程

 与日常语境中用电钻、螺旋刀片往深处掘进的机械钻探截然不同,热水钻走的是另一条技术路线。简单来说,它不靠切削,而靠“烫”——将水加热到高温高压状态,以一股强劲的热水射流直接冲击融化坚冰。这种做法兼具了速度快、口径大、清洁无污染等多种优势。据测算,在千米级冰层中,热水钻最快一天就能打通,其穿透能力和钻进效率远非传统机械钻可比。

 但要将这套原理落实到南极腹地的极寒环境中,又是另一回事。2023年中国第40次南极考察期间,热水钻探系统曾被运上冰盖,却因耐低温性能不足、控制精度不够,最终未能按计划完成钻孔任务。经历了那次“枪没打响”的挫折后,团队用了近三年时间开展技术攻关,终于在两年后的第42次考察中卷土重来。历经无数次试验迭代,科研人员逐一突破了三项“拦路虎”:在零下四五十摄氏度的低温下保证设备核心部件不失效,钻探全程杜绝外源污染物进入冰下环境,以及大深度软管和绞车的高精度控制。

 与此同时,一个被称为“绿色考察”的理念贯穿始终。科研团队采用双循环隔绝技术,地表加热介质与钻孔水体通过换热器热交换,彻底阻断了外源性污染物进入冰下水体的可能。这延续了中国极地科考长期遵循的环保传统——从长城站到中山站,从昆仑站到泰山站,每一座考察站都严格遵循国际极地环保标准,将人类活动对极地生态环境的干扰降至最低。热水钻依靠纯水作为介质、不引入钻井液的技术特性,更是将环境污染风险降到了几乎为零的级别。

  麒麟冰下湖:一部封存数百万年的地球“黑匣子”

 科学家们不惜耗费巨大代价钻穿3413米冰层,并不只是为了挑战深度。在厚重冰盖之下,封存着一个长期与外界隔绝的神秘水体——“麒麟冰下湖”。2022年,中国正式将这一形似“麒麟静卧”的冰下湖命名,并被南极研究科学委员会收录。它深埋在超3000米冰盖下方,距离中国南极泰山站约120公里,是迄今发现的南极第二大埋深湖。

 麒麟冰下湖的特殊之处在于,它拥有至少300万年与外界隔绝的发育历史,独特的高压、低温、黑暗、低营养环境条件使其成为一块天然的“科学时间胶囊”。这里的沉积物仿佛一本厚厚的日记,清晰记录着数十万乃至数百万年前地球的气候变迁;湖水中则可能蕴藏着与世隔绝亿万年的未知微生物,那将是改写生命演化教科书级别的发现。

 正因如此,冰下湖的钻探研究被国际科学界普遍认为是一项前沿课题——它能帮助人类探究地球古环境变化、预测未来气候变迁,甚至拓展对生命极限边界的认知。3413米深钻的目标,就是为后续开展冰下湖原位观测、水体和湖底样品采集提供一条无污染通道和技术支撑。这一钻的成功,标志着中国科学家离解锁这座自然“时间胶囊”只有一步之遥。

  数百公里运输与45个极夜昼夜,一场史诗级的科学远征

 镜头转向冰原之上的科考营地。2025年12月初,28名考察队员在距离中山站5公里的内陆出发基地集结完毕。此后半个多月里,他们穿越了近600公里的茫茫雪原,100多吨钻探设备物资被装在时速仅10公里的雪地车上,靠雪橇一次次来回倒运。脚踩在冰面上不时发出咯吱咯吱的声响,远处的地平线在零下四五十摄氏度的低温中变得模糊不清。

 到达钻探点位后,真正的考验才刚刚开始。连续45个昼夜,冰下湖队队员轮番上阵,在东南极麒麟冰下湖区域零下41摄氏度的低温环境中,争分夺秒地进行设备组装调试和热水钻探作业。队员张旭回忆起当时的场景仍历历在目:“风吹在脸上像针扎一样,手套两三分钟就会结冰,需要不断更换。”一位已经第十次深入极地科考的教授张楠对这块冰封的大陆充满敬畏——在他看来,南极冰盖如同巨大的时间容器,层层积雪封存着百万年前的大气、温度与环境信息,而钻穿3000多米冰盖的意义正在于此。

 最终,当3413米的数据在屏幕上亮起时,营地中响起的欢呼声让那片被寒风吹得发颤的帐篷都似乎有了温度。这不仅是钻探工程的一次完胜,更是对人类认知边界的又一次强力拓展。

  自主可控的科创能力,镌刻在全球极地竞争版图上的中国印记

 审视国际极地科考的竞争格局,中国此番热水钻探成果的意义不止于科研层面。长期以来,极地深冰钻探技术掌握在少数几个发达国家手中,在装备制造与核心工艺领域形成了事实上的垄断壁垒。此次3413米钻深纪录的诞生,从装备研制到全系统集成、从现场操作到数据分析全部实现了国产化,标志着中国已经独立掌握了极地深部冰盖热水钻探的完整技术链条。

 这一技术突破和多项国产装备的集体亮相一道,在第42次南极考察中形成了强大的“首用、首试”阵容:新一代“雪豹”轮式雪地车在南极内陆首次完成全场景测试,国产海底地震仪阵列在南极半岛海域首次布设,自主研发的内陆舱首次为考察队员提供了可洗澡的生活保障。

 当来自中国制造的科考装备在地球最南端刻下了一个又一个深度、速度和温度的刻度时,它也向世界传递了一个清晰的声音:在极地科学探索这一关乎地球未来和人类命运的国际疆域里,中国已不再是仅仅站在岸边的观察者,而是正在全速驶入深海的破冰船。从跟跑到领跑,从引进到自研,这3413米既是一个深度的终点,更是一个新征程的起点——冰下湖里的水和沉积物样本,正静静等待着下一个“中国时刻”的到来。