历时八年七百余人次参与,南海深海过程演变研究成果今揭面纱

08-14 21:17:37 澎湃新闻

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。

2011-2018年,国家自然科学基金委实施“南海深海过程演变”重大研究计划,该计划是迄今为止我国海洋界规模最大的基础研究计划。8月14日,该研究亮点成果揭开面纱。

南海深部计划的设计,是通过多学科的共同探索解剖一只“麻雀”,从三方面揭示一个边缘海的“生命史”,包括深海盆的形成演变为其“骨”,深海沉积其所含的环境信息为其“肉”,海水的生物地球化学系统为其“血”。

计划超额完成

南海深部计划超额完成任务。

澎湃新闻记者从在同济大学举办的南海深部计划成果汇报会上获悉,该计划八年中立项60个,参加者700多人次,在南海深水区实施了数以百计的锚系测量和海上试验,进行了多种深部地球物理试验,完成了四个大洋钻探航次和四个深潜航次,以及生物地球化学等多学科大量的观测与实验,超额完成了预定计划。

南海深部潜标观测网的站位图。 本文图片均为同济大学供图

中国科学院院士汪品先教授介绍,南海深部计划获得了超越预期的成果,取得学术层面的突破。在海盆成因和气候演变两方面,冲破了传统认识,提出新的假说挑战原有观点,对于“陆地如何张裂成为海盆”和“气候如何进行周期变化”两大地球科学重大问题,在理论层面上取得了突破性进展。

在深层海水的研究上,首次对于深水边缘海盆地水、碳循环中大洋和大陆因素的相互作用,取得了基于实测的系统认识,使得南海深部的认识上了新台阶,成为国际边缘海研究程度最高的一例。

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。

科学研究的深入,往往又会带出新的科学问题来,南海深部的研究正是如此。

南海深海盆地张裂机制的新假说,引出了西太平洋边缘海系列共同成因问题;南海深部构造探索的深入,揭示出深海盆四周边缘的多样性,每个都可以成为被动边缘剖析的典型;低纬过程驱动全球气候的研究,提出了水文循环和碳循环一整套的新课题;

巴士海峡是南海与大洋唯一的深水通道,加上深海底部崎岖不平的地形,为深层海水运动机理提供了试验场;已有的观测和研究基础,又为大洋和大陆相互作用下,生物泵和微生物泵的结合,碳循环和氮循环的结合,提供了深入研究的基地。

在世界众多的深海盆中,南海已经脱颖而出,正在成为海洋科学研究的天然实验室。

南海海底地形,图示中央为深海盆的所在。

为何要做深海探索

所谓南海形成,关键是它中央水深4000多米的大洋地壳,什么时候的岩浆喷出,形成了这片面积46万平方公里的玄武岩海底?

大计划开始前学术界意见并不一致,有的说东边老、有的说西边老,原因是缺乏直接证据,都是根据海底磁异常条带间接推论的。

2014年,大洋钻探349航次在4000多米深海盆三个站位打深钻取回78米玄武岩,测出来东部海盆约3300万年、西部海盆约2300万年开始形成,虽然两者都在1500-1600万年前停止扩张,却清晰地表明东部形成在先。

再根据深部地球物理推测南海玄武岩海底,已经有一大片向东俯冲在菲律宾群岛下面,可见南海的形成是从东往西推进,一千多万年前的南海比现在几乎大一倍。

最近30万年的两类海洋氧同位素曲线。A. 南海表层水; B. 大洋底层水。红色箭头提示两者的显著差异。

再比如南海的海流,表层流早就清楚,是随着季风冬夏相反的,但是深部怎么流只能猜测。科学家用计算机模拟得出,2000来米的深处应该有贴着斜坡的西部边界流,但是也有反对意见说并不存在。

判断的唯一办法就是投放锚系进行实测。本次计划中,经过数以百计的深海潜标回次多年实测,证明了南海有逆时针方向的西部深边界流,整个南海的海水呈三层结构。

最不清楚的是深海海底。多年前南海已经发现了水合物和冷泉生物群,此次计划通过多次深潜航次,发现深海海山上有着成片的锰结核。而热液金属矿的发现说明不久前南海海底有热液活动,至于西沙深处和深水海山上大片冷水珊瑚林的发现,在东南亚海域尚属首次。

南海北部深潜航次的发现。A. 海山上的铁锰结核富集区;B. 残余洋脊附的古热液矿; C. 西沙深海的“冷水珊瑚林”;D. 冷泉口的贻贝群。

结合近年来海底高分辨率地形制图揭示的泥火山、麻坑、海沟等复杂地形,该计划展现出南海深部的一派活跃景象——在这通盘漆黑的深海底,居然既有自上而下、又有自下而上的物质和能量流,既有沉积矿物、又有生命活动的相互作用。

汪品先指出,由于8年来的工作集中在南海北部,南部的研究尚待开展。只有南北结合,才能取得南海深部完整的图景。可以预期,我国将以更大的投入推进南海深部的研究,使南海研究计划成为多学科、多系统科学合作的榜样。

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