作者:胡珉琦 来源: 中国科学报 发布时间:2019/12/26 9:06:30 选择字号:小
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“南海深海过程演变”亮点成果报告会在沪举行
听科学家讲南海的故事

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深海勇士号载人潜水器准备入水。

 

来源:文汇报 2019-8-14

深海一向是各国展现实力、展开较量的平台。在地球环境演变的科研领域,中国人有了自己的声音,而这个声音正是来自深海。8年来,南海深部计划让南海一跃成为了基础研究程度最高的边缘海,也使我国获得了该区域的科学主导权。

中科院院士汪品先一直有个愿望:“希望把国家级的基础研究,用尽量通俗的语言汇报,既向学界也向社会汇报。”

作者:金婉霞 许琦敏

■本报记者 胡珉琦

8月14日,他的这个心愿达成了——国家自然科学基金重大研究计划“南海深海过程演变”(以下简称南海深部计划)亮点成果报告会在同济大学举行。这次的报告,一律要求用通俗的语言和生动的图像来表达,争取行外的人也能听懂。

▲南海海底地形,示中央深海盆的所在

浩瀚的海洋95%都是永恒的黑暗世界,巨大的压力和未知的环境让窥探深海困难重重。8年前,中国一项名为南海深海过程演变的重大研究计划正式启动,它的野心是要把南海最深处的秘密探个明白!

两个“突破”和一个“首次”

“南海不是小太平洋!”今天,在国家自然科学基金重大研究计划“南海深海过程演变”成果报告会上,报告人林间教授无不激动得说表示,随着我国科学家对南海的深度“解剖”,一个个新发现、新理论“冒”了出来。这不仅突破了传统的经典理论,更给我国科学家摘取地质学的新标杆提供了攻克的机会。

2019年,南海深部计划交出了一份答卷。它不仅突破了20世纪地球科学已有的重要认知,使南海成为深海研究的国际前沿,也为地球系统科学研究制造了一场大演练。

“计划获得了超越预期的成果,取得了学术层面的突破。”作为指导专家组组长,汪品先如此评价南海深部计划。

南海目前的开发利用主要在周边,而南海揭秘的钥匙却在中央的深海盆。在南海中央,有水深四千多米的大洋地壳,它是什么时候形成的?这个如今呈三角形状的南海又缘何长成这样?更奇怪的是,一直以来,欧美学者认为南海的形成过程就是大西洋的翻版,只是规模小、年代短而已。真是这样的吗?

从此,黑暗世界里又多了一条裂缝,让光可以照进,为发现和解开更多的地球科学之谜提供了新的可能。

上世纪80年代以来,欧美学者认为南海的形成过程就是大西洋的翻版,只是规模小、年代短而已。中科院南海海洋研究所特聘研究员林间通过视频介绍说,按照大西洋模式,在大洋和大陆地壳的连接处要有长期削蚀的地幔岩,但是大洋钻探367/368/368X三个航次,钻井取上来的却是玄武岩,因而否定了原先的假说。

由于缺乏直接证据,这个离我们很近的南海却成了科学家们“最熟悉的陌生人”。

探索南海生命史

“南海不是小大西洋。”林间表示,表面看来有所相似,但其实这是两种根本不同的海盆形成机制,大西洋是“板内裂谷”,南海是“板缘裂谷”。“南海的研究指出国际文献和产业部门实践中将两者混淆的错误,提出西太平洋边缘海是‘板缘裂谷’形成的系列,有待采用新视角、新技术加以重新认识。”

2011-18年,国家自然科学基金委决心实施“南海深海过程演变”重大研究计划,这是迄今为止我国海洋界规模最大的基础研究计划,共立项60个,
700多人次的科学家参与到南海的探索揭秘之中。八年来,经过三个半航次的大洋钻探,近底磁力测量航次和多个海底地震仪阵列试验,数以百计的深海潜标长期观测,四个深潜航次,和每年的共享航次等海上工作,和极其大量的实验室分析和数据处理,揭示了南海深部的科学奥秘,获得了突破性的研究进展。一个个新的答案逐渐浮出水面。

1968年,美国钻探船在墨西哥湾进行深海钻探,这是大洋钻探这个地球科学研究史上规模最大、历时最久的国际合作项目的开端。此后30年,在这个改变了地球科学发展轨迹的领域,中国人却几乎没什么作为。

除了海盆形成的“板缘裂谷”,南海深部计划的另一项挑战传统认识的突破性进展是气候演变的“低纬驱动”。

首先说海盆的形成。这里说的不是沧海桑田的变化,而是大陆裂开形成深海盆,由岩浆冷凝成玄武岩的大洋地壳。
世界上研究的标准来自北大西洋,而按照大西洋模式,在大洋和大陆地壳的连接处要有长期削蚀的地幔岩。但是在
2017-18年南海的大洋钻探三个航次中,钻井取上来的却是玄武岩,因而否定了原先的假说。而且发现早在大陆岩石圈张裂之初就有玄武岩涌出,很快就转到海底扩张、形成大洋地壳;然而在大西洋却要经过长期拉张使得地幔岩变弱,才会破裂出现玄武岩。

20年前,大家讨论什么是明天的科学。我说应该搞深海,结果却被说成是后天的科学,不是明天!中国科学院院士、同济大学海洋与地球科学学院教授汪品先十分清楚,没有国家实力作为基础,没有政府和产业部门的支持,深海研究是入不了海的。

同济大学海洋与地球科学学院教授翦知湣介绍说,南海的研究提出了气候演变“低纬驱动”的观点,指出高纬区冰盖大小的变化和低纬区季风降雨的变化,驱动力的周期性有所不同,换句话说低纬降水周期的变化并不就是由高纬冰盖决定。

“南海不是个小大西洋”

2012年12月,我国正式提出了海洋强国战略。此前一年,南海深部计划被列为国家自然科学基金重大研究计划。这也是我国海洋领域第一个大型基础研究计划,总共立项60个,全国参加单位32个、参与人员700多人次。

“其实太阳辐射量集中在低纬区,低纬过程是气候干湿、旱涝灾害的源头,但长期以来不受重视,注意力集中在北半球的高纬冰盖上。”翦知湣进一步指出,低纬海区更大的变化不在表层,而在于次表层水;轨道周期不但有万年等级的冰期旋回,还有40万年季风气候的长周期,当前的地球就处在低谷期,在全球气候变化的长期预测中应当注意。

研究发现这是两种不同的岩石圈:大西洋张裂的是超级大陆内部坚固的岩石圈,南海形成却是在太平洋板块俯冲带相对软弱的岩石圈。表面看来有所相似,其实这是两种根本不同的海盆形成机制,前者是“板内裂谷”、后者是“板缘裂谷”。南海的研究指出国际文献和产业部门实践中将两者混淆的错误,提出西太平洋边缘海是“板缘裂谷”形成的系列,有待采用新视角、新技术加以重新认识。

全球75%的边缘海盆地集中在西太平洋,而南海是西太平洋中规模最大、最具有代表性的边缘海盆地,可望成为世界海洋科学研究的天然实验室,也是中国人深海研究的家园。

与上述两个突破性成果并列的,是一个“首次”。汪品先告诉《中国科学报》,边缘海很多,而像南海深部计划这样,对于深水边缘海盆地的水、碳循环集中进行系统观测研究的,尚属首次。

▲南海大洋钻探结果否定了原有假设:洋陆过渡带基底并非蛇纹岩化地幔。下方为按照大西洋模式的剖面解释示意图,左上方示钻探揭示的基底岩性

作为南海深部计划指导专家组组长的汪品先在项目设计时,就把南海当作一只完整的麻雀来解剖,从三方面揭示这个边缘海的生命史:把深海盆的形成演变作为骨,深海沉积蕴含的环境演化信息作为肉,而海水的生物地球化学系统则是血。

不同学科在深海交汇

气候演变“低纬驱动”

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