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从此,南海深部有了一道“光” | 科学家眼中的2019

时间:2019-12-30浏览:13

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(以下简称南海深部计划)正式启动,它的野心是要把南海最深处的秘密探个明白!

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。

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。



  

“深海勇士”号载人潜水器准备入水

  

探索南海“生命史”


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。

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。

201212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。

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。

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”。

过去主流观点认为,南海的形成过程就是大西洋的翻版,只不过规模更小、年代更短。然而,在基础科学领域,地球科学具有典型的地域性特点。

“一个地区发现的规律不等于全球规律。”汪品先判断,有更复杂的深海过程演化等待被揭示。

8年后,他的预见成真,这里的故事比想象的还要精彩。

  

深海研究的“撞车”现场

  

对地球科学而言,大陆张裂变海盆是一个顶级的学术课题。

在论证南海成因问题时,必须回答几个基本问题——什么时候打开、在哪里打开以及为什么打开。

但是答案在地球深处,用物理方法间接探测好比“隔靴搔痒”,只有真刀真枪到海底打钻才能揭示真相。

过去50年,依靠大洋钻探,科学家提出了海盆张裂大西洋模式,现在希望用南海去检验这种模式的普适性。而南海深部计划用争取到的4个大洋钻探航次证明,这次检验没有通过。

汪品先指出,大西洋和南海属于地球岩石圈演化不同阶段的产物。前者是在岩石圈离散背景下的产物, 属于板内破裂;后者是岩石圈汇聚背景下发生的张裂,属于板缘破裂

这是两种根本不同的海盆形成机制,仅凭这一点,就能够推翻南海是“小大西洋”的说法。

中国科学院院士、国家自然科学基金委员会地球科学部主任郭正堂认为,这一发现为板块理论的补充和完善提供了新的证据。

20世纪地球科学除了板块理论,另一个重大发现是地球轨道几何形态的变化驱动冰期旋回。

其核心是用北半球高纬度地区接受到的太阳辐射量变化,解释近百万年来冰盖涨缩的周期性,由此引领全球的气候变化。

“但地球上气候变化的能量主要来自太阳辐射,接受太阳辐射最多的是低纬地区,低纬过程对全球性气候变化的驱动却一度被忽视。”郭正堂说。

南海的深海研究提出了低纬驱动的命题。

研究发现,高纬区冰盖大小的变化和低纬区季风降雨的变化,其驱动力的周期性有所不同,低纬区降水周期的变化并不由高纬冰盖决定。

在南海的古气候记录中,无论是水循环的2万年岁差还是碳储库的40万年长周期,都说明低纬过程具有全球影响。

“它对国际上已有关于地球气候系统演化的认识产生了很大的挑战,也把低纬驱动命题带到了地球科学的研究前沿。”郭正堂表示。

事实上,想要掰动这些已经统治了地球科学近半个世纪的理论,实为不易。汪品先说,“跟主流观点撞车很吃力,但科学研究也只有这样费力才能拿到好东西。”

“当我们讨论一项地球科学研究的学术价值时,关键要看它是不是特殊、有没有特色、能不能形成优势。”在中国科学院院士、中国地质大学(北京)教授王成善看来,“南海深部计划”做到了把地理特色上升为学术优势。

  

地球系统科学研究的大演练

  

深海科学钻探、长期观测系统和海底深潜,被称为探索深海的“三深”技术,它们为南海深部探索提供了重要的技术基础。而科学与技术的结合,只是此次多部门、跨学科科研联合的一个方面。

多学科交叉是现代地球科学研究的重要发展趋势。中国科学院院士、中国科学院广州地球化学研究所所长徐义刚认为,“南海深部计划”组织了地质、物理海洋和海洋生物等多学科研究人员,实现了来自全国范围内跨系统的大协作,这是国际上相关领域所不多见的。

从深海研究出发,汪品先对推动地球系统科学提出了新的研究思路:

从空间上,把大气圈、岩石圈、水圈、生物圈连起来;在时间上,把现代过程、地质历史过程直至深时地质串起来,从整体地球系统的视野对它们的相互作用过程和机理进行研究。

“南海深部研究必须带动整个地球系统科学的发展才有意义。”

不过,有效的大学科协作并不简单。

徐义刚表示,“南海深部计划”在组织上做了一些有益的尝试,如以科学问题为牵引的多学科集成小组、两年一次的地球系统科学学术研讨会,均为多学科交叉协作提供了平台。

用王成善总结的工作模式,即“逻辑集中,物理分散”,这在大地学学界产生了良好的示范效应。

不仅如此,郭正堂与中国科学院院士、江苏省科协主席陈骏不约而同地提到,8年的研究计划形成了多学科结合的深海科学队伍,培养了一批活跃在国际海洋科学前沿、有交叉学科视野的中青年科学家,有的已经成为了国内海洋科学的领军人物。

  

成为国际深海研究的基地

  

“在地球环境演变的科研领域,中国人有了自己的声音,而这个声音来自深海。”郭正堂说,深海一向是各国展现实力、展开较量的平台。

“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。

汪品先表示,这8年的进展只是提出了地球科学的新问题,而离解决问题还有很长的距离。破字当头,立在其中。再给我们几个8年,就能一边破一边立,让科学假说变成科学理论。

值得一提的是,“南海深部计划”从一开始就注重国际合作,特别是在南海沉积物分布与搬运的研究中,与东南亚多数国家展开了长期合作。

“这也提醒我们,应该把南海深部研究置于‘一带一路’的框架之中。”郭正堂指出,“海上丝绸之路”以南海为中心,可这一路线上的科学探索、科研合作还远远不够。

汪品先期望,把“海上丝绸之路”沿线国家和地区纳入这项长期研究的队伍中,让那些过去没有资格、没有手段、没有条件参与深海探索的科研团队有机会触碰科学前沿。

“让南海真正成为国际深海研究基地,这也是中国为推动全球科技发展应有的建树。”郭正堂说。

  

  

本文转自“中国科学报”微信公众号, 作者:胡珉琦(中国科学报)

  


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