冰下湖（subglacial lakes），在冰川底部的凹地中積水或冰下河道阻塞形成的湖泊。冰下湖主要分布在南極和格陵蘭冰蓋、加拿大北極地區和冰島區域的冰帽。
冰下湖存在于冰與巖界面之間。因重力作用，冰川底部壓強較大，冰的融點較低，因此冰川底面可發生融化。同時，冰面融水和冰內融水也可通過冰井、冰裂等進入冰下。融水在匯流的過程中，可能在冰蝕凹地、冰下河道等地聚集或被阻塞，形成冰下湖。南極冰下湖一般位于冰蓋內部的冰下盆地和冰下山脈兩側以及冰流增強區域。
冰下湖是地球上最極端的環境之一，其中代表性的湖泊是位于南極的沃斯托湖（Vostok）湖、惠蘭斯湖（Whilans）湖和埃爾斯沃思湖（EIlsworth）湖。截至2022年，全球已發現的冰下湖總數達到773個，其中675個位于南極洲。2024年，中國科學家在東南極冰蓋下新發現了46個冰下湖。
起源
科學界推測冰下湖有五種起源：第一，來自冰蓋形成前的內陸構造湖或與海水相連的、被冰蓋封存起來的水體；第二、由冰蓋底部局部區域因地熱異常而融化形成的液態水匯聚而成，此類情形在南極的冰下湖中可能占絕大多數；第三，巨大冰層產生的壓力和基巖地熱疊加，使冰層底部因越過壓力融點而生成融水并匯聚而成；第四，冰下火山噴發導致冰體融化而成；第五，冰蓋底部的放射性熱巖持續釋放熱量，導致冰融并聚水而成。
分類
科學界根據對地球物理圖像（包括但不限于地形、冰下湖泊的地理特征）的解讀，將南極冰下湖的分類分為三類：一是位于冰蓋內部的冰下盆地內的湖泊；二是“棲息”在冰下山脈兩側的湖泊；三是位于冰流增強區域的湖泊。
特征
冰下湖存在于冰與巖界面之間。因重力作用，冰川底部壓強較大，冰的融點較低，因此冰川底面可發生融化。同時，冰面融水和冰內融水也可通過冰井、冰裂等進入冰下。融水在匯流的過程中，可能在冰蝕凹地、冰下河道等地聚集或被阻塞，形成冰下湖。
經中國極地研究中心的編目評估，將冰下湖的分布特征歸納為六類：第一，湖的大小不等，既有超過200千米長、1千米深的湖，也有非常小、甚至深度小于1米的湖。第二，湖的位置分布廣泛，既有位于冰蓋中心的，也有的位于冰蓋邊緣。第三，湖的水文特征差異大，既有封閉隔絕了幾千萬年、聚集了古老水體的湖，也有通過冰下水道已排空水體、壽命很短的湖。第四，湖的地質學特征不一，既有位于冰下山脈山谷間的，也有位于冰下平坦基巖之上的。第五，湖的動力學特征各異，既有分布在緩慢流動的冰流下方的，也有位于快速冰流區的。第六，湖上覆冰層厚度不均，既有位于冰下3000米深度以上的，也有在冰蓋邊緣冰層很薄處之下的。
冰下湖生態系統具有高壓、低溫、永久黑暗、低營養和低氧等特點，但仍存在著微生物活性。冰下湖微生物的主要營養方式是化能自養，從湖水礦物質中獲取營養物質，還原鐵、硫和氮化合物作為能源，是冰下湖生態系統的初級生產者。
發現
在19世紀，俄國地理學家彼得·克魯泡特金曾預言：在巨大冰體的壓力下，冰蓋內部的溫度可能達到融點并導致冰融化，由此聚集的融水會形成冰下湖泊。1950一1960年，地理學家安德烈·卡皮查使用地震波測量了南極冰蓋的厚度，結果發現在蘇聯東方站的冰蓋下方存在著一個巨大的湖泊——東方湖，由此證實了克魯泡特金的預言。該發現被認為是20世紀最偉大的地理發現之一。1973年，英國科學家通過空中探測發現，在南極沃斯托克科考站以北的冰層下可能存在一個巨大的液態淡水湖，其頂部覆蓋著厚厚的冰層，湖水寒冷，水壓超大，并處于完全的黑暗中，是地球上罕見的極端環境。1991年，英國科學家利用ERS-1號衛星對南極冰蓋中心進行探測，證實了1973年的發現。1996年，俄羅斯科學家和英國科學家利用衛星發回的圖像勾勒出沃斯托克湖的輪廓，最終確定了沃斯托克湖的存在。這是地球歷史上最近的重大地理發現之一。
2007年，美國斯克利普斯海洋研究所的海倫·阿曼達·弗里克(Helen Amanda Fricker)從衛星數據上第一次發現了冰下湖惠蘭斯湖。2024年，中國科學家利用一種新的分析方法，在東南極冰蓋下新發現了46個冰下湖。
分布
冰下湖主要分布在南極和格陵蘭冰蓋、加拿大北極地區和冰島區域的冰帽。
相關湖泊
麒麟冰下湖
麒麟冰下湖隱藏在東南極內陸冰蓋伊麗莎白公主地區域，因形似“麒麟靜臥”而得名。作為迄今發現的南極洲第二大埋深湖，其上覆冰蓋厚度約3600米，已與外界隔絕至少300萬年，面積達370平方千米，最大水深200米，沉積物最大厚度超過300米。距離中國南極泰山站120千米。2022年，中國正式將這個形似“麒麟靜臥”的冰下湖命名為“麒麟冰下湖”，已被南極研究科學委員會（SCAR）收錄。
沃斯托克湖
沃斯托克湖是南極冰下湖最大的一個，它距離南極海岸線1500公里，俄羅斯南極沃斯托克科考站（東方站）附近，位于冰層表面之下約4000米處，深度約為500米，大約在1500萬年前形成。20世紀70年代，蘇聯科學家在這一地區鉆探，意外地發現了沃斯托克湖。受限于當時的科學技術，直到20世紀90年代初期才通過人造衛星和地震測量法證明了它的存在。《自然》雜志在2012年全球科技進展的預測中將它列于其中。1996年，俄羅斯科學家開始對其鉆探，但1998年被迫停止，直到2006年，俄羅斯才恢復了鉆探。2012年5月，俄羅斯科學家鉆透了3769.3米的南極冰層，到達了冰川下的沃斯托克湖表層，并取得沃斯托克湖水的樣品。
相關研究
尋湖方法研究
2024年，中國科學家團隊提出了一種針對冰雷達數據顯示的冰底反射波形特征，進行變分自動編碼（VAE）的新方法，實現了對冰底單道雷達反射回波信號的科學分類。利用該方法，研究團隊對東南極甘布爾采夫山脈AGAP-S區域的冰雷達圖像進行了全面掃描。結果發現，該區域存在許多基于傳統方法未能識別的幾何輪廓更為狹小的冰下湖，數量多達46個。這項分析方法由中國極地研究中心冰雪所極地冰蓋多圈層相互作用與氣候變化研究團隊，聯合中國地質大學（武漢）地球物理與空間信息學院傅磊教授團隊、南方科技大學地球與空間科學系陳曉非教授團隊共同完成，相關論文發表于2024年發表于國際學術期刊《冰凍圈》。
鉆探方式研究
2024年，中國科學家團隊在中國第40次南極考察中，對“麒麟冰下湖”進行鉆探取樣的選址調查，將計劃于2025—2027年南極工作季展開鉆探作業。但如何確保鉆探過程的無污染問題，一直困擾著科研人員。為避免鉆探過程造成的水質污染影響取樣的研究價值，中國科學家提出了采用熱水鉆與熱融探測器聯合作業的方式，進行麒麟冰下湖鉆探。用熱水鉆與熱融探測器聯合作業的方式，進行麒麟冰下湖鉆探。鉆探過程中，先利用清潔熱水鉆透冰下湖上方約3000—3400米厚的冰層，并嚴格監控鉆進過程中的微生物污染問題，確保鉆進用水清潔。當鉆至預定位置后，停止向下鉆進并向上回收熱水鉆，再下放消毒后的中繼艙和可回收式冰層熱融探測器至熱水鉆孔底部。隨后啟用探測器熱融鉆進剩余幾百米冰層。在這過程中，探測器上方熱融鉆孔閉合，以隔離熱水鉆孔與冰下湖，直至探測器完全進入冰下湖完成取樣及觀測。最后，探測器向上鉆進返回熱水鉆孔，進而返回冰面。這種聯合作業方式不僅提高了鉆探效率，還減少了污染風險。
價值意義
南極冰包含豐富的冰蓋歷史和氣候變化信息。越過接地線、進入冰架下空腔的湖水，還可能改變冰架—海洋相互作用，進而引發海洋環流變異。因此，開展南極冰下湖研究對于冰蓋動力學、沉積過程和冰下地球化學環境以及生命演化等都具有重要意義。冰下湖生境特殊，沃斯托克冰下湖封閉時間約在1萬至5萬年之間，可能存在其他地方已經滅絕的遺跡種群，并存在多種特殊的功能類群，為研究生命演化提供了模式場所。沃斯托克冰下湖環境和木衛二（Europa）很相似，沃斯托克湖中已發現的微生物類群可為研究木衛二是否存在生命現象提供線索。
相關爭議
關于南極冰下湖或冰下水的起源存在爭議。Duxbury等人通過構建二維物理模型進行數值模擬，模擬了一定時間段的Vostok湖區域的冰蓋厚度，結果顯示湖水始終沒有完全冰凍（保持一定深度的湖水），所以他們認為在南極冰蓋形成之前，Vostok湖就已經存在了，即南極冰蓋形成于Vostok湖以后，時間間隔大約為500萬年至3000萬年。南極冰蓋在冰期擴張的時期，Vostok冰下湖從湖面開始逐步結冰（Vostok湖的區域為初始東南極冰蓋的邊緣地帶），最后南極冰蓋逐漸形成，也封住了Vostok湖，Vostok湖的原始湖水一部分冰凍到上覆冰蓋當中，一部分保存到了現在。此后，Pattyn通過三維物理模型的模擬結果支持了這一結論。Pattyn在模型中加入了冰蓋與湖的相互作用，認為Vostok冰下湖可能形成于大約1500萬年前（南極冰蓋完全形成之前），中間經歷了完整的中新世中期。然而，Siegert質疑了之前模型中直接將Vostok湖作為封閉系統的處理方式，以及Duxbury等人的模型沒有考慮冰流與氣候和地形之間的關系。Siegert認為在南極冰蓋的早期生長期，不會有大的湖泊存在，如果有的話，后來水將通過水槽狀的地貌通道排出，因此，Vostok湖應該作為開放系統來研究，況且同樣位于東南極地區的與Vostok湖基底各項參數類似的Astrolabe冰下盆地并不存在冰下湖。所以，他認為所有的南極冰下湖都不可能經歷南極冰蓋生成的全過程。此兩種學說都需要進一步的理論支持。
相關軼事
2012年2月8日，俄羅斯Federal Press World News網站刊登了一篇名為“希特勒檔案可能在南極沃斯托克湖”的消息，作者為塔基揚娜。文章稱，《華盛頓郵報》援引俄羅斯媒體的相關報道表示，俄羅斯科學家發現南極冰層下的沃斯托克湖，該地可能是希特勒在南極的避難地。隨后各國媒體間都對這則消息進行了轉載，為核實消息的可信性，有記者聯系了塔基揚娜。她表示，《華盛頓郵報》報道的消息來源是俄羅斯新聞網，但她本人也沒有在該網上找到相關言論。相關學者就這則消息表達了看法，認為報道的消息缺乏事實依據。據此，該記者采訪了德國的有關專家。科隆大學歷史學家霍勒格·梅丁(Holger Meding)是拉丁美洲史專家，非常了解南美德國移民的情況，他表示這種傳說主要在盎格魯-撒克遜地區流傳，后來在西班牙語地區升溫，不同政治派別對此都有報道。關于希特勒之死，正史上并無太多疑問，由此認為相關報道為“以訛傳訛”。
參考資料 >
冰下湖.中國大百科全書.2024-02-04
冰下湖微生物.中國大百科全書.2024-02-04
與外界隔絕300萬年的麒麟冰下湖即將“開封” 我國提出破解南極科考鉆探污染難題方案-華龍網.華龍網.2024-04-21
我國科學家新發現46個南極冰下湖.澎湃新聞.2024-04-21
科學家在南極西部冰原下 現隱藏百年的神秘世界.千龍網中國首都網科技.2024-04-24
我國將在南極鉆探麒麟冰下湖.百家號.2024-04-21
1500萬年 3769.3米 南極冰封之湖.光明網.2024-04-21
希特勒遺骸及納粹檔案藏在南極?多國學者:以訛傳訛.鳳凰網文化.2024-04-21