南极冰川惊现血色瀑布环球科学
持续百余年的血瀑布。
1911年，澳大利亚地质学家托马斯·格里菲斯·泰勒（Thomas Griffith Taylor）跟随“新地号”（Terra Nova）探险队前往南极。在经过泰勒冰川时，他看到了一幅怪异的景象：冰川末端像是裂开了一道伤口，一股暗红色的水正从冰层中渗出来。
血瀑布。图片来源：National Science Foundation/Peter Rejcek
南极的气温远低于冰点，水却没有立刻冻结。这些液体流过白色冰面，留下醒目的红橙色扇形痕迹。泰勒把这里称为“血瀑布”。当时的探险者则猜测，红色也许来自某种红藻。但他们错了，“血瀑布”既不是血液也不是藻类。
到20世纪60年代，研究人员逐渐确定，血瀑布流出的不是含有红藻的融水，而是富含铁的高浓度卤水。刚从冰川中渗出的液体有时近乎透明。因为此时卤水中的铁主要以溶解态二价铁存在；接触空气后，二价铁被氧化，水体慢慢变成红橙色。可以说，血瀑布大体上相当于含铁的盐水“生锈”了。
这些盐水从哪里来？与大多数南极冰川不同，泰勒冰川并没有直接覆盖在基岩上方，这里的基岩和冰川之间还封存着一片古老的海水。500万年前，那时的海平面高于今天，泰勒冰川不断推进，将一片峡湾中的水与海洋隔绝开来。水在冻结时会把盐排到尚未结冰的部分，剩余液体因此越来越咸，冰点也越来越低。经过长期冻结浓缩，这些水最终变成盐度约为普通海水2到3倍的卤水。
血瀑布剖面图。图片来源：Zina Deretsky / US National Science foundation
研究人员在冰川内部测得的卤水温度约为−7℃，周围冰体却接近−17℃。卤水也会缓慢结冰，但水在结冰时会释放热量（这被称为潜热），这些热量会加热周围更冷的冰层。盐度和潜热共同作用，让液态卤水能够在裂隙和冰内通道中流动。
但在很长一段时间里，人们仍不知道这些卤水如何从冰下穿过寒冷的冰川。2017年，一篇发表在《冰川学杂志》（Journal of Glaciology）的论文用雷达测绘出了血瀑布的路径。研究团队利用冰穿透雷达，在血瀑布上游找到一片沿冰川流动方向延伸的含卤水区域。雷达图像显示，泰勒冰川底层存在一个由基底裂隙、盐水囊和部分冻结的通道组成的网络。冰下卤水受到压力后进入裂隙，再随着冰川运动缓慢向末端迁移。
2026年初，一篇发表在《南极科学》（Antarctic Science）上的论文又给这个过程补充了更多细节。2018年9月至10月，泰勒冰川附近恰好有三套设备同时运行：GPS基站测量冰面位置和流速，延时相机每天拍摄血瀑布，冰川末端水中的温度传感器则记录着水温。
研究团队拍下的血瀑布喷涌过程。图片来源：Doran et al., Antarct. Sci., 2026
大约6周内，GPS测得冰面下降约15毫米，冰川水平流速从每年约5.0米降至4.6米。相机同时拍到红色痕迹不断扩大，湖中也出现了来自冰川下方的冷水异常。三组记录彼此吻合，说明卤水排放和冰下压力变化有关：当卤水找到出口并排走后，冰下水压下降，冰面随之轻微下沉，冰川运动也暂时放慢。
这次观测为压力释放模型提供了直接证据，不过研究只记录到一次事件。它还不能证明每次血瀑布出现时，冰川都会以完全相同的方式变化。要知道这种喷涌是否存在稳定周期，仍需更长时间、覆盖范围更大的监测。
然而，卤水怎样流出来，还不是血瀑布最值得追问的问题。更不可思议的事情藏在水里。
血瀑布的源头长年处在黑暗中，几乎没有氧气，也没有新的光合作用产物进入。研究人员却在卤水中发现了细菌和古菌。2009年，一篇发表于《科学》（Science）的论文分析了硫酸盐、铁、碳酸盐和水的同位素以及微生物功能基因，提出这里存在一套特殊的铁-硫循环。
地表绝大多数生态系统最终由阳光供能：光合生物制造有机物，其他生物再利用这些有机物。但在血瀑布源头的封闭水体里，微生物只能利用卤水中极少量的有机碳。分解有机物时产生的电子，需要有物质来接收；在有氧环境里，这个角色通常由氧气承担，而在冰川下方，三价铁成了替代品。微生物从氧化还原过程中获得能量，二价铁则逐渐积累在缺氧卤水中。等卤水来到地表，这些铁遇到空气，就“生锈”变成了红色。
目前还不清楚这套循环的每一步分别由哪些微生物完成。它很可能是一种群落合作：不同成员各自处理反应的一段，彼此利用对方产生的物质。在这个从未见过阳光的世界里，就算没有光合作用，也能艰难却长期地维持一套微型生态系统。
既然血瀑布来自一个从未见过阳光的世界，那我们也可以用它来研究那些永远不会见到光的水下世界。
天体生物学家也很关注血瀑布。这是因为火星地下可能存在高盐水，木卫二和土卫二的冰壳下方则可能藏有海洋。那里同样缺少阳光，却不一定缺少液态水、矿物和化学反应。
同样的判断也适用于木卫二和土卫二。厚冰并不意味着死寂，只要冰下还有液态水，并持续与岩石接触，生命所需的化学能就可能存在。一个世纪前那道来历不明的红痕，如今连接起了地球的冰封往事和太阳系中的生命问题。
血瀑布还把这个问题带回了地球的远古时代。雪球地球假说认为，在约7.17亿至6.35亿年前的成冰纪，地球先后经历两次大规模冰期，海洋表面可能几乎完全封冻；冰封究竟有多彻底，至今仍有争议。最棘手的问题之一是，冰下没有阳光的生命，究竟该如何生存？血瀑布可能就是我们今天难得一见的答案。
