欢迎访问同济大学海洋与地球科学学院!

文汇报:南海演义

时间:2020-02-17浏览:13

南海演义

汪品先



       碧波万顷的南海深海盆是地球故事的记录者。解开它形成与发展的奥秘,不仅对了解我国的蓝色国土意义重大,而且作为世界上最大的边缘海,南海的故事也为同类海盆研究开了先河。

       2011年,我国启动“南海深海过程演变”重大研究计划(简称“南海深部计划”),前后共700多位科学家经过三个半航次的大洋钻探、四个深潜航次的艰苦努力,通过对南海进行的系统观测和分析,得出了新的认识,对国际传统主流观点提出了挑战。

       2019年,“南海深部计划”交出了一份答卷。作为该计划指导专家组组长,中国科学院院士、同济大学教授汪品先在成果报告会上采用章回体小说的形式,向公众讲述了南海的前世今生。本刊特此摘编了这篇荡气回肠的成果报告,以飨读者。


——编者


       南海八年探索确实硕果累累。如今新一轮的探索已经开始筹备,更多的发现值得期待。有诗为证:


鲲鹏展翅飞南溟,

万仞千山水底行。

喜遇神州追梦日,

龙宫深处探真情。


-- 汪品先院士从“深海勇士”号载人舱走向母船 新华社发



向原有“共识”提出挑战


       对南海身世的研究,从立项算起总共八年,加上2019年的补充、集成,从60个研究项目汇聚为板缘张裂、低纬驱动等突破性成果,终于进入了丰收季节。若问这八年科研长跑的核心收获何在,那就是两点:一是向原有的“共识”提出挑战,二是把分散的知识交织成篇。

       现代自然科学起源于欧洲,地球科学先天带有某种程度的欧洲烙印。就拿深海研究的透彻程度来说,当数北大西洋最高,因此一系列学术标准和模式也从那里引出。故而,近二三十年来,国际学术界主流观点认为南海的形成属于北大西洋“非火山型”的翻版,只是规模小、年代短而已。

       不过,按照这种模式,南海的大洋和大陆地壳连接带,应该是长期削蚀的地幔岩。但这几年,南海钻探的结果却出乎意料:钻井取上来的是玄武岩,这就否定了原先主流观点假想的模式。

       后续研究发现,大西洋和南海的岩石圈有着本质区别:虽然两者都是岩石圈破裂形成的深海盆,却属于板块不同部位在不同演化阶段的产物。进一步研究发现,南海打开的动力来源在东边,而不是以前认为的西边或者南边。此外,在气候演变方面,历来认为北大西洋决定着全球气候变化,南海的记录却并不符合这种流行观点,中国科学家由此提出了“低纬驱动”的新假说。

       如今,南海已成为世界深海研究程度最高的大型边缘海。尽管南海的新发现目前还不够成熟,但其重要意义在于向国际流行观点提出了挑战。当前,中国的自然科学正处于转型的关键期,需要从“原料输出”转向“材料深加工”,并且进一步争取形成中国自己的学派。

       南海深部八年研究,横跨学科、穿越时空,把南海当作一只麻雀来解剖——海盆构造是麻雀的骨架,沉积地层和海水是麻雀的肉和血——在构造与岩浆活动、古海洋学与沉积,以及生物地球化学三方面的研究基础上,将三者结合起来探索南海的演变。研究结果表明,南海宛如一个骨肉相连的血肉之躯,它的发育过程就是一部边缘海的演变历史。

       这部活生生的南海史不该埋没在学术界的小圈子里。为此,我们不揣浅陋,试着借用传统形式,将南海的前生今世向大众做个交代,姑且称为“南海演义”。



第一回

大洋板块俯冲生变 东亚边缘海盆丛生


       话说天下大陆分久必合,合久必分。大陆分裂,出现海盆;大陆碰撞,海盆关闭。此话说来简单,其实箇中道理,看官不见得明白。

       人类自封“万物之灵”,可惜最多活个百把来岁,何曾见过移山倒海,怎能感受到岩石圈漂移,岂知道今天的五大洲、三大洋,都不过是大陆分解的结果。

       远的不说,单讲距今二三亿年前,那时候世界大陆连成一片,一个“超级大陆”对一个“超级大洋”,倒也相安无事。不料一亿二千万年前变数突现,超级大陆中央破裂,遂而生出大洋地壳,东边为欧洲与非洲,西边是南北美洲。那中间新出现的大洋,则逐渐向两边扩张,以致东西相距二三千千米,人称大西洋。

       花开两朵,各表一枝。先说那原先的超级大洋,虽然唤作太平洋,其实洋底之下又何尝太平,其周遭火山密布,基底板块几经更替。在距今一亿六千万年前,正当陆上恐龙猖獗、海里鱼龙翻滚之际,太平洋中央出现了新生板块,直向四周扩张,西行到亚洲大陆便向地壳深处俯冲下去,隐没在东亚大陆之下。

       斗转星移,日月流光。这大洋板块俯冲亿万年之后,倾角变陡、板片脱落,引发出大量岩浆升起,从而造就了大片花岗岩区,分布在我国华南方圆20多万平方千米之内。如今看官所见的那些岭南山水、闽浙山景,便是那时的遗迹。

       再说那太平洋板块斜向俯冲在亚洲之下,久而久之又引得地球深处生变——亚洲东边的岩石圈陆续破裂。从距今五千万年光景开始,那里先后形成一连串海盆,大的如日本海、南海、鄂霍茨克海,小的如苏禄海、苏拉威西海。此类海盆皆有玄武岩为底,外侧则有岛弧为界,论深度可与大西洋相比,只是面积和寿命都要小上一个量级。这类边缘海中最大的一个,便是南海。欲知南海如何产生,且看下文分解。


第二回

断层复活南海张开 裂谷拓展西向推进

       却说南海虽然有300多万方千米面积,但只有在中央超过3500米的深水区,以玄武岩为底的那40多万平方千米洋底,才是大洋地壳。

       这地壳分为两类:大陆壳是花岗岩类基底,比重2.7;而大洋壳是玄武岩类基底,比重2.9。正因为玄武岩比重大,向下沉,才形成了深海盆。所谓南海的形成,说的便是中央的玄武岩洋壳如何产生;至于南海的演变历史,其根子也在深海盆。

       要探究这深海底部玄武岩洋壳的由来,必须取样分析,而取样的最佳途径莫过于大洋钻探。


南海深部地形图



       从钻探结果探知,南海中央海盆被一断层切成东西两部分,东部海盆形成于距今3200万到1600万年之间,西盆形成于距今2400万到1500万年之间——东部形成比西部早,海盆形状也是东宽西窄,尤其是西南端的尖角,指明了海盆由东向西分段推进的形成过程。

       钻探还发现,南海早在玄武岩洋壳之前,已经有过深海环境,也有过岩浆活动。可见南海地区早先地质运动已经十分活跃,南海东边沿着台湾岛-吕宋岛弧,也早就有断层活动。种种迹象指向一点:南海深海盆是从东边打开,趁着原有断层的复活,从东向西逐段推进。

       列位看官有所不知,关于南海成因,早已众说纷纭:有的说是印度撞上亚洲大陆,挤出了印支半岛,从而拉开了南海盆地,将成因归于西边;有的说是婆罗洲北部有古南海板块俯冲带,向南俯冲的拉力使南海破裂,因而成因在南边。但现在看来,南海大洋地壳张裂由东向西,东边原有的断层才是破裂的主要途径,南海成因的关键在其东边。




第三回

大陆破裂岩浆活跃 深海盆内海山成链

       如此说来,南海的形成,已是三千万年到一千多万年前的旷古旧事。等到人类出现来到南海,只见浩瀚海水,平波万顷。

       可叹的是,人类的凡胎肉眼,至今依然看不到深海底下的危峰峻峭。除非能将南海海水抽干,方可见其海底地形之惊心动魄:原来深海盆里,竟然有着峭壁林立的海山世界。

       千百万年来,这些岩浆上涌形成的海山高耸海底,矮者千米,高者逾三千米,而且往往排列成行,是为“海山链”。其中,黄岩礁向西分布的珍贝-黄岩海山链最为突出。它们大都形成在玄武岩洋壳产生之后,距今已有七八百万年。

       这些都是地球深处大量岩浆上涌的结果,据南海北部45座海山的统计,其岩浆总量居然逼近50座泰山。相比之下,当今南海的火山活动并不活跃,地层里火山踪迹亦不多见。那么,究竟南海岩浆活动是在何时活跃,又在何时休止的?且请听在下细细道来。

       南海岩浆活动的历史,确实有过多次反复。早在洋壳玄武岩形成之前,南海北部便已有玄武岩出现;而在玄武岩大洋壳形成之后,还有多次岩浆溢出或喷发。大洋钻探发现,在深海盆底里,有着多次堆起的玄武岩层或火山灰层,深海盆里又有大批海山链产生。过去二三十年,因为缺乏深部探测,把南海说成“非火山型”实属误会,直到近几年大洋钻探结果,才终于还我真相。

       活跃的岩浆作用,正是“板缘张裂”的特色。产生在超级大洋和超级大陆边缘的南海,底下的地幔是几亿年板块俯冲的“板片坟场”,岩浆活动曾经如此活跃,虽属意料之外,却又在情理之中。




第四回

海底扩张英年“早逝”板片俯冲海盆消亡

       南海史上轰轰烈烈的岩浆活动,暂且按下不表。单说今天南海最大的水深,是其东北角马尼拉海沟的5140米。看官或许会问,为何这边海水独深?请看世界大洋:因是太平洋板块俯冲的入口,马里亚纳海沟成为地球上海水最深之所在,约有11000米。同理可知,马尼拉海沟则是南海海底向东俯冲的入口,自然也就成了南海最深处。

       话说那南海三千多万年前开始海底扩张,形成洋壳之后,便进入了风华正茂的大好青春。孰料好景不长,距今1500万年前,随着印度-澳大利亚板块的北上和菲律宾海板块的旋转,南海遭到相邻板块的挤压,不仅海底扩张被迫结束,而且南海板块本身也向东俯冲,开始沿马尼拉海沟向菲律宾岛弧下的地幔深处隐没,进入板块消亡期。

南海历史


       掐指算来,从产生到消亡,南海洋壳只不过1600万年历史,这便是“板缘张裂”的短处。相比之下,大西洋板块从开始形成以来,1.2亿年一直在扩张增大,至今毫无休止之意,显示出“板内张裂”的优越。须知大西洋在张裂之前,经过了上亿年的长期筹备,不像南海张裂那样的草率。

       有道是,海洋如人生,有的鹤算松龄,叶茂根深;有的来去匆匆,转瞬而逝。南海扩张方才春风得意,却匆匆步入暮年:自从1500万年前南海板块开始俯冲以来,相当一部分已潜没入地幔。根据地球物理方法的推断,南海洋壳已经有将近一半的面积俯冲消失。遥想南海鼎盛期时,面积较现在几乎要大出一倍。




第五回

河系更替沉积犹在 珊瑚盛世地层作证

       南海从海底扩张到俯冲消亡的发育史,在四十亿年地球历史里只能说是昙花一现。好在俯冲消亡十分缓慢,好在深海盆地已经形成,南海依然碧波千里,无碍海纳百川。

       在南海周围,无论大陆还是岛屿,都有河流将泥沙输运入海,更有生物产生的碳酸盐在海盆堆积,三千多万年来络绎不绝,绵延至今。不过,这两者却生性相克:河流泥沙多了,对珊瑚礁生长不利。所幸在南海北部,两三千万年前虽有“昆-莺-琼河”从印支半岛东流入海,但好在沉积不多,为珊瑚礁生长开创了条件。

       故而,等到两千多万年前,水温上升、泥沙减少的时候,珊瑚发育也就进入了黄金期。放眼我国如今的南海珊瑚礁群,从西沙群岛到南沙群岛,主要都是两千多万年以来珊瑚、苔藓虫、钙藻等底栖生物构筑的礁体。随着地壳向下沉降,礁体向上生张,积千万年的底栖生物骨骼而形成碳酸盐台地,造就了今天南海深海盆中珍珠般的珊瑚礁体。

       地层资料表明,距今两千万年前,南海珊瑚礁的分布比现在广泛得多。到距今一千万年前,礁群逐渐没落。五六百万年前,珠江水系流量大增,输入南海的泥沙量也随之增加,许多礁体被泥沙沉积掩埋。时至今日,南海北部的珊瑚礁群虽然仍相当可观,但与昔日相比,已是风光不再了。




第六回

宝岛升起海峡成型 瀑布入海水流强劲

       如果把南海的洋壳形成算作古代史,俯冲开始算近代史,那么台湾岛的隆升就是近代史里最重要的事件。

       南海向东俯冲的板块汇聚,引起造山运动。在距今650万年前,台湾岛开始隆升。同时,台湾岛和吕宋岛之间的巴士海峡,也成为南海与太平洋之间唯一的深水通道。巴士海峡2600米深的海底犹如一道门槛,成为太平洋深水进入南海必须跨越的关口。正因为巴士海峡“一夫当关”,使得南海成为半封闭海盆,从而改变了南海深水的性质。

       我们习惯了陆地上的大江东流,但是海流却常常呈绕着圈子走的涡流状。为了观测南海深部水流,科学家先后将数百串传感器投入南海深处,终于揭示出了南海深层水的流向:南海的深层水来自太平洋,翻越过巴士海峡两千多米深的“海槛”进入南海,以相当于20多条长江的巨大水量,形成“深海瀑布”,朝西南方向流去,并到达西边形成边界流。

       深海底里的水归根到底来自海面,若说太平洋底层的海水,是从海面下沉逾千年的“古水”,那南海底下却是经上下混合、下沉不过几十年的“新水”和“活水”。南海海水先有巴士海峡的翻越,后有海山丛里的碰撞,这使得南海深部的水流强烈搅动,更替迅速。

       看官见惯了海面的巨涛骇浪,殊不知海洋内部也有波浪。海水的密度差可在海水内部掀起波浪,叫做内波。海水流经巴士海峡激起的内波举世闻名,可以有五十层楼高,能在海底堆起十多米高的沙丘。

       南海深处如此强烈的水流,都是台湾岛升起、巴士海峡“海槛”形成之后的现象。如今的南海深层水仍十分活跃,还会把台湾岛的河流输出的泥沙、太平洋海水中的溶解碳,一道向西送入南海内部,从而改变南海深部的生命世界。


巴士海峡的深海瀑布




第七回

海山喜见铁锰结核 深海惊现珊瑚成林


   却说那南海海面阳光灿烂,蔚蓝色海面上白浪翻滚,鱼跃鸟翔,可到了千丈深渊处,却是一团漆黑。南海海底自形成以来,经历了三千多万年的黑暗,这里很容易被误会为一个死寂世界。直到近年,人类采用高新技术探索深海,方才发现海底不仅有海山、深沟,还有流体喷出造成的麻坑、泥火山。

       近年来,华夏振兴, “蛟龙号”“深海勇士号”深潜器先后问世。人类亲身下潜到深水海底,随着科学探索灯光的照射,深海奥秘逐一揭开。

       首先是铁锰结核。科学家先在海山上发现了这种太平洋著名深海矿产的踪迹,后又在三千多米的蛟龙海山、一千多米的玳瑁海山上发现了它,其分布密度甚至超过太平洋矿区。

       还有可燃冰。它不但是南海重要的深海资源,其矿藏的甲烷析出处,还有冷泉生物群的奇观:堆积如山的贻贝、密密麻麻的管状蠕虫,都是独见于深海的景色。

       然而,要比深海景色,当然首推冷水珊瑚林。如同陆地上的园林一般,那些高大的竹珊瑚像乔木,低矮的扇珊瑚像灌木,而贴在海底的海绵之类相当于草本植物,还有栖息在珊瑚上的鱿鱼、鱼虾等海洋动物,犹如鸟兽归林一般,将这里当作了栖居地。


——自文汇报转载

2020.2.9 第1206期


返回原图
/