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继英国人之后，荷兰人于16世纪末开始了大西洋东北通道的探险活动。荷兰原是尼德兰的一部分，“尼德兰”（Netherlands)原意为低地，指欧洲西部莱茵河、缪斯河、些耳德河及北海沿岸一带的低地地区。在历史上，尼德兰先后受罗马帝国和法兰克王国的统治，16世纪初沦为西班牙的属国。这个地方面积不大，人口不多，但曾经是经济上最发达的地区之一，而且首先爆发了资产阶级革命（~年）。年7月，尼德兰人民推翻了西班牙的专制统治，成立了联省共和国（或称荷兰共和国）,这是世界上第一个资产阶级共和国。
荷兰古城堡荷兰资本主义发展的一个重要特点是，商业比工业发达，国际贸易比国内贸易发达。荷兰有“海上马车夫”之美誉，它的商船遍航世界各地。这是一个新兴的民族国家，为了发展资本主义，它迅速加入到欧洲人的地理探险的行列。早在年，荷兰人就派出了一艘船朝东北方向行进，该船驶进俄罗斯北面海域喀拉海后就折回，但在返航途中，在注入喀拉海的伯朝拉河河口不幸遇难沉没。十年以后即年6月，他们又派出一支由三艘船只组成的探险队向北方进发。这支探险队由荷兰的一些省区出资装备，地方当局对探险队下达的任务是：“从挪威、莫斯科公国、鞑靼王国的北边开辟一条通向中国的海上通道。”
探险队的第一艘船是由威廉·巴伦支（WilliamBarents,~年）指挥的。如同其他几个出身平民的荷兰人一样，阿姆斯特丹人巴伦支没有姓氏，只有一个普通的缩写名字：巴伦支。他指挥的船不大，船上有一位商务代表林斯考登。第二艘船由科尔·纳伊指挥，第三艘船则由布朗特·捷特卡列斯指挥。探险队到达科拉河河口后就兵分两路，纳伊和捷特卡列斯的两艘船朝正东方挺进。巴伦支带领两艘船向东北方前进，想从北边绕过新地岛，然后找到不封冻的海域。因为他相信，在这个海角之外一定能够找到一片无冰的海域。年7月4日，巴伦支看到了朗厄内斯角（长角）。他根据寒带太阳的高度测定，朗厄内斯角可能会在北纬73°附近。马托奇金海峡的入口恰好就在这条纬度线上，这条海峡把新地岛的南北二岛截然分开了。
巴伦支海然而，巴伦支所确定的纬度显然是有错误的，他所确认的纬度不是朗厄内斯角，而是干角，即新地岛北岛上最西边的一个海角。他驾船沿新地岛海岸向北继续航行，发现了阿德米拉尔捷伊斯特沃岛。此后，他又穿过了一条把这个岛与新地岛分开的海峡。在北纬75°附近的一个岛屿旁，荷兰人发现了一条俄国船的遗址。在北纬76附近水区，巴伦支又从十字架岛旁边驶过。他之所以把这个岛屿称为十字架岛，是因为他看见岛岸上有两个十字架。毫无疑问，这是俄国人竖立的，它们竖在坟墓边，也许是作为可以辨认标志用的。荷兰人还在这个海区第一次看到了海豹的栖息地和白熊。
7月13日，探险队遇到了巨大的浮冰，航船向北推进的速度非常缓慢。在大雾弥漫的天气，他们行进到一片冰原地带。这时，巴伦支测定了一下纬度，表明他们现在已经航行到北纬77°左右。在整个16世纪，没有一个西欧航海家曾经向北行进到这么高纬度的海区。为了穿过坚硬的冰区，巴伦支的航船迁回航行了整整两个星期。7月29日，他在北纬77°附近发现了新地岛最北部的一个海角，并把它命名为“冰角”（即今天的卡尔谢纳角）。
8月1日又在这个海角附近发现了一些小岛礁，但船员们再也不愿前进了；巴伦支也认为还是返航为好，回去与另一支船队会合。于是调转船头，朝瓦伊加奇岛的方向驶去。最后，这两支荷兰船队在伯朝拉海的马特维耶夫岛附近会合。然而，说来有点不可思议的是，虽然巴伦支在这次探险考察中取得了优异成绩，但他却感到闷闷不乐，而纳伊和捷特卡列斯在最初一段航程掉了队，他们反倒兴高采烈。
巴伦支海9月，这支探险队安全地返回荷兰。人们以最隆重的仪式欢迎凯旋而归的“胜利者”。同时，荷兰政府立即着手组建了第二支探险队，它由六艘船只组成，船上装满了各种货物，另外还配备了一艘传令快艇。纳伊被任命为船队指挥官，捷特卡列担任副手，巴伦支为主航手兼其中一艘船的船长。林斯考登作为商务代表再次随同他们一起出航，这是西欧国家探寻东北通道以来所派出的最大一支探险船队。
年8月，这支庞大的船队开帆起船，他们绕过挪威最北部的诺尔辰角（北角）,然后分两个小分队行驶：一个小分队向东南航行驶入白海，另一个小分队径直向东航行。向东航进的小分队还未到达位于北纬的新地岛，就遇到了许多巨大的冰块，不得不转向尤戈尔海峡入口处，然而这里被冰封冻了。9月初，荷兰人驶进了喀拉海，但是他们在那里很快又被冰块堵住了。在此以前，巴伦支与纳伊之间发生了一些冲突，后者得到了捷特卡列斯的支持。
巴伦支对他们的行动不坚决果断和遇到困难就停泊不前的做法大为不满，并公开表达了自己的意见。船队在一个小岛附近停泊，船员们登上了小岛。两个水手被岛上的一只熊撕成了碎块，这恐怕是地理大发现以来探险者被野兽害死的第一个例子。埋葬了这两个水手后，纳伊在一次军官会议上提出返航的建议，巴伦支对此表示异议。纳伊又提出了穿过冰块海区向东航行的想法，并于9月15日再次召开会议。除了巴伦支外，全体军官一致决定返航。年12月，这支探险队回到了荷兰。
由于第二次探险无果而返，荷兰政府拒绝调拨国库经费资助探险队出航，但是设立了高额奖金，用以鼓励那些发现东北通道的航海家这项措施激发了阿姆斯特丹市议会的积极性，他们于年白手起家组织了一支新的探险队。市议会给这支探险队装备了两艘船，并任命盖姆斯克尔克和杨·鲁普为指挥官。虽然巴伦支没有接到什么任命，但他愿意作为一名领航员，随他们一起出航。
年的探险活动之所以惨遭失败，主要原因是那支船队从荷兰启程的时间太晚了，于是新探险队决定提前两个月即于5月启程。航行过程中，巴伦支很快与杨·鲁普争吵起来。巴伦支坚持要走东北航线，即先到达新地岛，而鲁普却执意要朝北航进，以便驶进北冰洋。原来鲁普天真地以为北冰洋是一片无冰的海域，船只可以自由地通航而且，盖姆斯克尔克站在鲁普一边。于是，这两艘船按鲁普的航线向前行进，他们在北纬74.5°附近的海面上偶然发现了一个海岛。船员们在这个岛上看见了一只被打死的白熊，所以这个岛就被他们称为“熊岛”。荷兰人在熊岛上停留了四天后继续向前航行，此时鲁普大概得到了俄罗斯人曾经航行到斯匹次卑尔根群岛的消息，于是调转船头朝北偏西的方向驶去。
北极熊6月19日，探险队在北纬80°处再次看见了一片陆地，他们以为这是格陵兰岛的一部分，其实这是斯匹次卑尔根岛的海岸。“我们之所以把这片陆地称作斯匹次卑尔根，是因为在这块陆地上有许多高尖的山峰”。探险队医生德·菲尔写道：“尽管我们认为这块陆地是格陵兰，尽管它位于北纬80°线或者更北一点，但是这块陆地上有丰盛的绿草，并能饲养各种食草的动物。”由于他们遇上了不可逾越的冰块区，航船不得不向南返回。
7月1日，他们再次来到熊岛。此间，巴伦支与杨鲁普又发生了意见分歧。鲁普提出，应该从斯匹次卑尔根群岛出发去寻找通往北部的无冰航道，然后再向东航进，如果有必要的话；巴伦支认为，这个通道只能到东部去探寻。在这次争论中，盖姆斯克尔克站到了巴伦支一边。这样一来，两艘探险船分开了，鲁普率船向北行驶去，而另一艘则由盖姆斯克尔克和巴伦支率领驶向东方。
巴伦支和盖姆斯克尔克一行径直向东航行，7月17日在北纬73处靠近了新地岛，然后向北行进。一个月后即8月19日，他们终于到达新地高东北海角。在这个海区，他们再无法继续向前航行了，不得不于26日停泊在新地岛北岸的一个“冰港”越冬。船员们从船上卸下视器和一部分必需品，另外还把一部分货物、航海仪器和风帆从船上下来。他们还用船只改造成一座备有炉灶和烟肉的小屋，此后把船上拆下来的木板连接在一起，建筑起一圈围墙，修建了一个既能御寒又能提防野兽的越冬营地。这是迄今为止已知的文明人类在如此之高纬度的北极地区建立的第一个越冬营地（小屋）和第一次越冬经历。
11月的北极迎来奇特的极夜季节，其中三个月不见一日太阳，整天的光线只相当于天快黑尽时的光亮，气温也因没有阳光照射而降到了-60°。荷兰人对于这里的一切都不习惯，在这个营地越冬当然是艰苦异常，而且几乎所有的人都患上了坏血症。在第二年春天到来之前，17个越冬队员已经死去了两个，春天里又有两人病入膏育，这其中就包括巴伦支本人。
年5月，极地冰层开始松动，但大船已被冰块损害，再也无法修好。探险队员们只好拆下大船的木料，造了两条小帆船死里逃生。6月中旬，他们开始沿着原路返航。临行前，巴伦支把这次航行和越冬的情况写成报告，放在那座小屋的炉灶旁。荷兰探险者不仅给小帆船装上了食品和途中所需的器具，而且还想运走一部分最值钱的货物，巴伦支和另外一个重病号也被抬到了小船上。荷兰人离开越冬营地，经过六天的搏斗才绕过了“冰角”。在“冰角”外的海面上，另一只帆船上的水手长让人告诉巴伦支，那个重病在身的船员已经断气了。这时，巴伦支有气无力地说道：“我感到我也活不了多久了。”于是他拿出地图，仔细地看了一遍，然后又对德·菲尔医生说：“亲爱的，请给我喝口水。”喝完水后，巴伦支便死去了，他的遗体按惯例葬入大海，时间是年6月20日。
巴伦支海从19世纪中叶起，为了表示对巴伦支的纪念，他反复航行过的海区被命名为“巴伦支海”，他参与发现的斯匹次卑尔根群岛也被称为“巴伦支岛”。年，挪威猎人发现了巴伦支等人在新地岛北岸的越冬营地（小屋）,五年以后，巴伦支留下的有关那次航行情况的报告，也在已经倒塌的小屋的废城里被发现。报告记载了他们怎样离开荷兰前往中国，以及在这片陆地上究竟发生过什么。后来，苏联探险者又发现了巴伦支一行遗弃下来的船只残臂。
随队医生德·菲尔这样写道：“威廉·巴伦支的逝世给我们带来了欧大的痛苦，我们每个人都悲痛欲绝。因为他是我们主要的领导人，同时又是我们必不可少的领航员、朋友和同伴。”巴伦支去世后，他的同伴们像失去父母的孤儿一样，非常缓慢地继续向南航行。两周以后，又有一个船员因病死亡。7月28日，这支探险队的剩余人员抵达新地岛南岸，并在那里发现了两艘船。他们高兴极了，他们终于又看到人了，但同时又疑虑重重，“因为他们还不清楚这是些什么人——是野蛮人还是一些外国人”。
荷兰人费了很大的气力才登上陆地，一些不认识的俄国人放下手上的活儿向他们走去。据德·菲尔报道说，“两个俄国人拍了拍我和盖姆斯克尔克船长的肩。当他们得知我们的航船失踪了时，他们用表情和手势向我们表示，他们非常同情我们，怜悯我们不幸的遭遇和目前所处的困境，一个俄国人跑到自己的船上，拿来了一个圆形的黑面包和几只熏烤熟了的野鸟”。
第二天，俄国人向瓦加奇岛方向驶去，荷兰人则跟随在他们的后边。由于航行途中浓雾四起，风暴交加，迷失了方向的荷兰人不得不在一个小岛上停留了四天。他们在岛上发现了一种匙形野草，德·非尔兴高采烈地写道，“我们吃了几把这样的草，精事马上振作起来了。以前，我们连嚼面包干的劲都没有，现在我们已经能哪能咽了。”实际上，这个报道非常珍贵，它记录了人类认识和征服坏血病路程上的重要一步。
天气渐渐好转后，荷兰探险队继续南行，到达伯朝拉海南岸后向西返航。年9月16日，他们在克服了种种艰难险阻后，终于回到了阿姆斯特丹，而在极地越冬的17个探险者中仅剩下了12人。此后，荷兰人基本上停止了对东北航道的探险活动。
继俄国人之后，以巴伦支为首的荷兰探险家对东北航道所作的三次探险，是对斯匹次卑尔根岛、新地岛以及周围一些小岛的再次发现。他们首次探察了斯匹次卑尔根岛西北海岸、新地岛北部海岸，向北一直挺进到北纬80°的封冻冰线，将人类航海的范围向北推进了几个纬度，创造了在北极地区越冬的新的纬度记录。同时，他们所绘制的地图和海图、收集的丰富气象资料，都成为人类进一步探索极地自然状况的宝贵财富。
