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南海大洋钻探系列报道之十:触摸南海深部的大洋玄武岩(一)

时间:2014-03-03浏览:10

“南海大洋钻探”专栏
[编者按] 小年夜从香港出发的大洋钻探船,载着同济的七位教授,正在南海四千米的深海底探索奥秘。听吧,这就是他们从船上发来的信息。让我们和深海战士们在一起,为航次的成功祝福,为同济人的深海贡献而自豪!

触摸南海深部的大洋玄武岩(一)

??????? 作为一个地球物理学家,深感地球物理方法的威力之大——能够遥测地球深部的秘密,可是总有小时候遥望月亮时的心情,很想知道玉兔的皮毛如何的柔软、而嫦娥的衣服又应该怎样的华丽,可是没办法触摸到。

??????? 在南海,通过捕捉和观测来自地球内部的物理信号,科学家已经告诉了我们南海的水深、南海海盆里面沉积物的厚度、沉积物之下岩石的部分特性,可是对南海的认识总是有不确定性、不唯一性,从而对南海的成因和年龄一直有多种假说和猜想,因为一直是隔山观虎斗,却从来没有亲自触摸过老虎的屁股。

??????? 不是因为怕老虎,而是真的很遥远,需要翻山越岭、翻江倒海才能来到老虎的跟前;要触摸南海深部的岩石,需要穿过4000米左右的海水和1000米左右的大洋沉积层,的确需要不一般的功力,龙王不能入地,不行,土拨鼠会被水淹死,也不行。

??????? 为了能够与大洋玄武岩进行亲密接触,从而更好地认识它所释放的地球物理信号,需要用钻探的技术,打穿覆盖在大洋玄武岩之上的沉积物,为了实现这样一个艰巨的目标,需要在国际大洋钻探计划的框架下,利用美国先进的功力深厚的深海钻探船“决心号”来实施,“决心号”可以在全球大洋的大部分地区实施深部钻探。可是“决心号”这次为什么来南海,而不是其它海域?

??????? 南海形成始于大约3000万年之前的大陆伸展和破裂,地球深部炽热的岩浆慢慢溢出,慢慢充填南海不断扩大形成的空间。这样,海底最顶部形成一种叫大洋玄武岩的岩石,是深部岩浆喷溢后快速冷却形成的,由于冷却速度够快,很好地记录了当时地球磁场的信息,科学家通过对玄武岩样品的物理和化学分析,可以确定其年龄和所携带的地球内部的信息,从而可以进一步解开南海的成因的秘密以及它在全球地质演化中的地位和角色。所以,南海的大洋玄武岩是打开认识南海的钥匙,而过去我们从来没有获得过。

附图说明:作者与南海大洋玄武岩岩芯
(附图说明:作者与南海大洋玄武岩岩芯)

??????? 大洋钻探航次的实施,是一个系统工程,涉及科学和技术的方方面面。首先要有充分的理由说服国际评委和管理组织。为此,我领衔组织40多位国内外科学家,提出针对南海大洋玄武岩的科学钻探建议书,设计在南海海盆的不同部位实施三个站位的钻探,确定其起始形成和停止生长的年龄,认识其生命演化中的历史故事和背景。

??????? 地球物理调查往往是航次计划的先锋行动,因为钻探站位的确定需要充分区域地球物理资料的支撑,反过来,航次的实施又可以提升对地球物理资料的认识程度。系统的科学需要系统的合作,航次建议期间得到了国内外许多科研单位,包括广州海洋地质调查局、国家海洋局第二海洋研究所、德国地质资源局等的大力支持。汪品先院士、周祖翼教授、李家彪研究员等科学家自始至终都关心建议书的完善和航次的实施,在我2003年刚刚回国而对南海知之甚少的时候,是他们的支持和鼓励使我如鱼得水开始了深海的畅游,也获得了提出国际重大科学建议书的勇气。

??????? 自2008年以来,经过5年多反复的审议、修改、完善、讨论,最终在中国70%的经费资助下,通过了评论,国际科学家充分认识到南海的科学重要性,使得航次于2014年春顺利实施,定名为IODP349航次。我和美籍华裔科学家林间教授被委任为航次的首席科学家,担负组织国际科学家团队、领导实施预定的科学计划之重任。

??????? 当建议书最终被批准的时候,心情既激动又忐忑,多年为之努力的科学探索终于可以付诸实际,但同时感到很大的压力,因为这是一个耗资上千万美元的大项目,而且在长达一年的航次前准备过程以及两个月的航次实施中,需要做大量的工作:安全评估、资料提交、出版计划书、航次前会议、组织科学家、评议取样建议、报告审阅、组织讨论,等等。航次后还要组织学术会议、成果发表。所以一个航次从最初酝酿到成功完成,差不多要十年的时间,真的是十年磨一剑!

??????? 2014年1月29日,当“决心号”缓缓驶离香港的时候,所有科学家都来到顶层甲板,照相留念,见证这个由中国科学家主导并成为新的国际大洋发现计划首航的349航次的开始。此时的我却感觉非常平静,似乎一切都已准备充分了,因为身后有一个强大的支撑队伍:30多位来自世界各地具有不同专业背景的科学家,包括1位组织有效的航次项目经理、20多位技术精湛的技术员、50多位经验丰富的钻探工程师和船员、10多位专业的后勤保障人员。此外最重要的保障,来自IODP中国办公室、亚搏在线登录入口、科技部、海洋局、海警等各个部门,他们的通力协调与合作,为航次的实施铺平了道路。

??????? 位于南海海盆中部的第一个站位,水深4200多米,要获得大洋玄武岩还需要钻穿900米的沉积物,开始进展非常顺利,但是到达400多米的时候,取芯率很差,经常取不上任何岩石,这个现象一直持续到海底之下600多米,突然岩性发生变化,以至于使得钻头损坏,这是最让人担心的事情,因为一些预料不到的岩石会使得钻探非常困难。

??????? 为了获得更深部的大洋玄武岩,我们果断决策,重新更换钻头、建立新的钻孔,一直钻探至近600多米再重新取芯,结果超出我们的想象,我们首次发现了南海的火山碎屑岩,就是由于火山喷发物质固结而成的岩石,里面含有很多玄武岩碎块。因为其已固结成岩,硬度很高,以至于损坏了前面一个钻头。

??????? 翻开南海的水深图,会发现海盆内部有很多突起的高地,它们可以从4000多米的海底,一直到达海面以上,形成异常陡峻的海山。过去研究发现它们是在大约1500万年南海形成之后而从海底冒出的火山岩浆不断喷溢生长的结果。我们的第一个钻探位置靠近南海的残留洋中脊,即南海海底岩浆过去不断向两侧扩张的轴心部位。这里由于构造薄弱,又是最接近地球内部的地方,所以在南海停止生长之后,又形成了大量海山。

??????? 当我们看到火山碎屑岩的时候,既兴奋又紧张。兴奋是因为这些岩石记录了南海火山演化的完整历史,过去虽然获得过海山浅部的岩石样品,但是对其演化历史一无所知,而我们可以通过在站位上获得的多层火山碎屑岩的化学特征以及之间的沉积岩石中的化石,首次构建完整的海山演化的原因和历史,初步分析发现海山主要是在南海停止生张后的四百万年内形成的。而紧张是因为离海山如此之近,会不会影响我们继续往深部钻探?会不会有硬度很高的岩浆岩脉影响我们的钻探?会不会下面获得的岩石不是大洋玄武岩,而是海山玄武岩呢?

(文:李春峰,亚搏在线登录入口-娱乐中心app下载,南海IODP349航次共同首席科学家;图:张国良,中国科学院海洋研究所;2014年3月2日)

最后更新 (2014-06-02 14:08)

 
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