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南海大洋钻探系列报道之三:探究深海生物化石编年(一)

时间:2014-02-13浏览:9

“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!

探究深海生物化石编年(一)

??????? 2014年1月29日下午1点30分,载着来自11国31位科学家的深海钻探巨轮“决心号”驶离繁华的香港,开始国际大洋发现计划(IODP)的首航之旅。大家齐聚在甲板上,欣赏沿岸的风光,心情无比激动。既告别两个月后才能再次漫步的陆地,也向远方的亲朋送上启程的信息,满怀豪情奔向南海深水海域。

??????? IODP349航次的科学目标是钻穿南海海盆水深4000米以下的沉积层,获取玄武岩基底,还原南海生成演变的地质历史。地震探测早就告诉我们,南海深水海盆的沉积层通常有几百米,最厚达一千多米,是其发育历史完整的记录。不过这些记录以前从来没有被钻穿过,所以349航次正在这方面创造第一。

??????? 对钻取到的深海岩芯,沉积学家分析沉积层特征和沉积物组分,用于研究沉积环境变迁的历史。古生物学家分析沉积物中的微体化石,给这些沉积层编年,告诉大家哪段地层是哪个地质年代的沉积。349航次共有7位古生物学家,分管三个微体化石门类:钙质壳的有孔虫和超微化石、硅质壳的放射虫。这是一支占全体科学家近四分之一的队伍,可见船上古生物工作的重要性。这三个门类生物有共同特点:个体小(几个至几百个微米)、大洋浮游习性、数量多、演化快,可以进行全球对比。为什么没有研究恐龙或者其它大生物的科学家上船?那是因为深海沉积不可能有陆地生物,并且六厘米直径的岩芯不可能含有完整的或者足量的大生物骨骼用于定年。

??????? 地层编年遵循“地层层序律”:就是说先沉积的、较老的地层在下,后沉积的、较新的地层在上。不管你喜欢不喜欢,这就是“后来者居上”。这个简单得不能再简单的定义,构成了地层学的基础。它揭示了地层具有时间先后序次,研究地层就可重建地质历史,时间和空间在这里就统一起来了。通过几十年的科学研究,建立了全球通用的地质年代表,主要依据就是结合生物化石定年和古地磁定年。同位素定年也很重要,但因其分析手段复杂且周期较长,一般只适合航次后岸上实验室研究。

图片说明:左,放射虫化石显微照片;右,作者使用显微镜观察微体化石
(图片说明:左,放射虫化石显微照片,Ivan Ameida摄;右,作者使用显微镜观察微体化石,刘传联摄)

??????? 按照最新的2012年版地质年代表,我们地球最新的纪元第四纪开始于两百六十万年,而恐龙灭绝之后的新生代起始于六千六百万年。太平洋和大西洋的发育年龄相当于恐龙时代的侏罗纪,约一亿八千万年,大西洋相对稍晚。而南海可能仅自三千五百万年前后才开始发育,最先从东北部向西扩张,而后分阶段向南西方向扩张。349航次就是去寻找不同时期南海扩张的证据。

??????? 给钻取的岩芯定年,主要手段是靠沉积物样品中出现的化石,所以鉴别不同化石种就成为我们在船上工作的基本内容。由于个体微小,化石的鉴定就必须借助不同的光学显微镜,必要时还需借助电子显微镜。“决心号”无愧其当今大洋钻探旗舰的称号,不仅有多台高精度显微镜,还装备一台桌面小体积的环境电子扫描显微镜。管理显微镜的技术员比尔(Bill),原来是一位颇有名气的摄影师,给一千多对新婚夫妇拍过结婚照,为了圆其探索显微拍照之梦,十年前毅然关掉自己在美国德克萨斯的摄像馆,到“决心号”上打工当技术员。他发明的多功能全景照相装置已在船上使用,可拍摄正交偏光下多尺寸薄片的全景照片。有像他这样的热心专业技术人员相助,我们的工作时时充满着愉快。

??????? 当今南海4000米海水之下的泥沙都含什么样的生物化石呢?不出所料,第一个站位水深4250米处用于建立标准0米基底的泥样中含大量放射虫。如刘传联教授在“决心号上的超微小屋”文中介绍,南海3500米碳酸盐补偿深度(CCD)之下,钙质化石发生溶解,剩下的只会是硅质化石如放射虫以及水和大气搬来的粘土了。往下钻取的地层如果都这样,那还要有孔虫专家和钙质超微化石专家上船有何用?但不然,钻孔深处岩芯里的有孔虫和钙质超微化石并不少见,可以说是在演绎刘志飞教授所描述“动荡的南海深部”。不过且慢,下回地层学家对此还将有更详细的分解。

(文 李前裕,2014年2月11日,于南海“决心号”钻探船)??

最后更新 (2014-06-02 14:10)

 
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