南海深钻风云录
  • 来源:科普时报
  • 作者:程着
  • 2019-09-09 15:41

爱国情 奋斗者

人类要“上天、入地、下海”,但入地远比上天难。大洋钻探则是下了海再入地,难上加难。知难而进,就是探索的价值所在。

——中国科学院院士 汪品先

话说天下板块,分久必合,合久必分。今天,我们要说的南海,虽说在地球上只占了一小块面积,却是个“四两拨千斤”的角色,以它独特的位置优势,控制着东亚地区气候,也影响了十几亿人的生活。

南海是如何在板块的分分合合之中长成今天的模样?在它扩张的过程中,发生了哪些事?今天的南海碧波之下,隐藏了多少的秘密?中国的海洋科学家们在2014和2017年的3个航次中,发挥各自的学科优势,各显神通,克服了种种困难,为大家带来一个不一样的南海。

海底沉积波澜起 神针探海遇强敌

海洋学家们眼中的南海,与我们眼中的可能不太一样。我们看到的是碧海蓝天、金沙海岸,而他们的眼睛统统像是有透视功能,透过南海几千米的水深,直达海底,再借助钻探装置,深入南海沉积物之中。

在不一样之中,又有相同之处。我们从风浪中感受南海的动荡变化,他们则是从沉积物中解读发生在南海成长过程中的气象万千。

当岩芯被切开之时,船上科学家被其中频繁变化的沉积物类型所吸引,发现每十几或几十厘米厚就有粉沙和黏土物质组成的沉积旋回,每个旋回沉积物的颗粒粒度向上变细,旋回层的底部通常发生粒度突变。这告诉我们,这里的海底曾经频繁发生过大规模的物质搬运和沉积作用,这种事件我们称为浊流。

——IODP349航次,刘志飞《动荡的南海深部(一)》

但是,解读沉积物并不是那么的简单。大洋钻探分几步?开船—到达站点—采样上船—船上与岸上研究。要是真这么容易就好了,实际采样过程往往充满了意想不到。

经过钻台上工程技术人员的辛勤工作,固井进程在这日已达到786米的深度,与预定开始钻取的目标深度800米仅差14米。眼看就要成功了,大家以各种方式默默祈祷,祝愿固井工程顺利完成。没想到当晚由于零件失灵和其他原因,我们的钻杆竟然让水泥给卡死了。 3月5日,11个多小时的努力未能奏效,首席科学家们和船上工程负责人不得不做出炸断钻杆,放弃这个井位的决定。此时海面上亦是白浪滔滔,让我想起前南斯拉夫民谣《深深的海洋》中的歌词,不禁心中呐喊:“深深的南海,你为何不平静?!”

——IODP349航次,赵西西《解密南海深部磁性“条形码”(三)》

就算是将岩芯成功提取上船,在不切开取芯管之前,你永远不知道自己会看到什么。

《同舟共济南海梦》封面。
开往未来的“决心号”。

由于砾石都是或接近球形,大小不一,质地坚硬,这给钻探取芯造成了很大困难。因此,“决心号”钻探船虽然有每根近10米长的取芯管,但每次仅取得不到1米长的岩芯,有时花近10个小时才能取到几十厘米厚的砾石,而大部分砾石层可能在钻探时被磨碎或被泥浆冲走,这样我们仅能依赖钻取到的为数不多的砾石来判断。

——IODP367航次,刘志飞《南海深海钻探遇砾石层》

沉积岩性多变化  各显神通解谜题

虽然有种种困难和不顺,但是方法总比问题多,闯过了采样面临的种种关卡之后,海洋学家们终于可以见到深藏海底上千万年的沉积物。

与想象中不同,海洋沉积物并不像陆地上的土壤一样混杂脏乱,而是有着各自的秩序。而在有序的沉积层之中,往往夹杂一些“穿越者”。古今地层的混杂,为研究造成了新的挑战,却也有助于他们理解南海在扩张过程中经历的种种事件。

最令人意外的是在这层泥岩之下的砂岩里不仅发现有孔虫,而且数量、品种颇丰,年龄竟然在中中新世,而上覆的青色泥岩面的古生物化石年龄却早已到了早中新世—晚渐新世,虽然在故事里常现穿越时空,而在地质历史中却不可能,若是非原位沉积,那定是搬运或滑塌而来。这样一层厚厚的泥岩似乎说明早期南海张裂后动荡的沉积环境,后来才归于平静。而在随后,在玄武岩岩脉中发现的超微化石又把我们拉到了渐新世,这也造成了我们极大的困惑,或者此地发生过的沉积事件超乎我们的想象,或者我们对早期南海的认识还不够,无论如何生物化石不会说谎,沉积物也不会说谎,南海早期的神秘面纱还没有完全揭开,一切只待我们更多的航次后研究。

——IODP367航次,李丽《海上课堂(二)》

遇到了各种年代的沉积物混在一起也不用慌张,各个学科的专家们拿出自己的看家本领来,瞬间变身大侦探,从杂乱的“犯罪现场”中,找到各种证据,区分各个年代的地层。

为什么几个原本生存于不同时代的生物化石会同时出现呢?并不是因为它们会穿越,而是它们受到多次“埋葬”的结果,也就是地质学定义的“再沉积”。生物的再沉积可以根据化石群的特征来判别,但岩石矿物的再沉积就不那么容易区分了,因为古今的沙泥基本是一样的,只能靠分析沉积层的结构构造和泥沙里的成分进行区分。

——IODP349航次,李前裕《探究深海沉积物化石编年(二)》

廿年辛苦心无悔  共梦南海同舟济

大洋钻探一直是地球科学领域的一颗璀璨明珠,从1998年起,我国就积极参与到国际相关合作计划之中。能够登上国际大洋发现计划的航次,研究中国南海,更是许多海洋人的梦想。20多年的风雨奋斗,我国从最开始只有少量科学家参与部分航次,到而今可以自己提出计划、担任首席,中国海洋研究队伍的实力不断增强。

多年来中国派出数十名科学家参与从大西洋、印度洋到太平洋的IODP航次考察研究,在几次南海IODP航次考察中大量中国科学家的参与甚至主导,不仅为研究南海的演化、地层古生物与古海洋学研究贡献一份力量,更为我国海洋科学事业培养出一支不断成长和壮大的深海科学重要研究队伍。

——IODP368航次,李保华《第二次“赶考”——参加IODP南海大洋钻探368侧记》

汪品先院士说:“科学本来就是人类格物穷理、追求真知的产物。从事研究不仅是因为科学有用,更是因为科学有趣。”水何澹澹,南海浩渺无边;征途慢慢,我们同舟共济!

(本文主要内容选自《同舟共济南海梦——中国大洋钻探科学家手记》一书。该书由中国大洋发现计划办公室编,上海科技教育出版社出版。这是我国第一本深海科考纪实读物,出自奋战在一线的科学家之手)


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