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南海大洋钻探系列报道之一:动荡的南海深部(一)

时间:2014-02-09浏览:19

“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!

动荡的南海深部(一)

??????? 南海深海盆的水深有4000多米,最深处达到5559米,其海底环境一般认为是比较安静的,尤其是在深海盆中部的平原区域。这里由于远离陆地,周围大河提供的沉积物质可能很难远距离输运,因而认为多是沉积泥质等很细的物质。模拟数据显示南海深海盆的海流速度最多不过1 cm/s,比南海上部的表层海流速度低一个数量级以上。以前的科学考察在南海深海盆曾获得过海底近表层的沉积物,主要是泥质沉积,偶有沙质并夹有少量火山灰物质,但对海底以下的沉积地层还从来没有实际体验过。地球物理探测整个南海深海盆的沉积层厚度可达上千米以上。

??????? 2014年1月29日,搭载30多名全球海洋科学家的“决心号”钻探考察船驶离香港,执行“国际大洋发现计划(IODP)”的349航次。这个航次的科学目标是钻取南海基底玄武岩,以获取南海扩张演变的构造历史及其沉积和环境演变历程。钻探的第一个站位(编号U1431)就设在南海深海盆的中央位置,距离黄岩岛以西约85公里,水深4250米。这个站位的钻探目标是同时获得南海扩张晚期的玄武岩样品及其上覆近千米厚的沉积地层,从而向世人展示南海成型之后海底深部的环境变迁。第一周的钻探发现,这里的深海在过去实际上非常动荡,远超出船上科学家的想象。

??????? 正当全球华人迎接马年春节的大年初一(1月31日),“决心号”抵达预定站位并开始了第一个站位的钻探。初二(2月1日)凌晨成功取上第一根近十米长的岩芯。当将岩芯打开之时,船上科学家被频繁变化的沉积物所吸引,发现每十几或几十公分厚就有粉沙和粘土物质组成的沉积旋回,每个旋回沉积物的颗粒粒度向上变细,旋回层的底部通常发生粒度突变。这告诉我们,这里的海底曾经频繁发生大规模的物质搬运和沉积作用,称为浊流事件。虽然南海深海的浊流活动还没有直接观测,但科学家对美国蒙特利海底峡谷(Monterey Submarine Canyon)观测发现,浊流的流速可达190 cm/s以上,被喻为“海底风暴”,如同在海洋上空暴发的飓风。接下来两天的钻探,发现沉积地层都是这样,这种频繁的浊积层旋回一直持续到海底之下一百多米,船上微体古生物学家通过现场鉴定告诉我们,这种频繁的浊流活动从大致二百多万年以前就已经开始了。那时的南海深部为何如此动荡?浊流输运的巨量沉积物质来自何方?作为参加航次考察的沉积学家,我首先要考虑的是这个科学问题。

图片说明:作者与浊流沉积岩芯合影
(图片说明:作者与浊流沉积岩芯合影)

??????? 这个站位虽然位于南海深海盆中央位置的平原地区,但附近的海山林立,东西和南北向分别发育有南海扩张后形成的海山群,从海底平原起算都有三四千米之高。黄岩岛就是其中之一,并已露出海面,而更多的海山都被淹没在海面之下而不为被人们所知。海山地形陡峭,极易形成滑坡等重力流搬运作用,浊流就是重力流中的一种。然而,我在船上实验室的显微镜分析发现,这些浊流沉积物中含有一定量石英、长石等矿物,表明可能是来源于中性岩或中酸性岩区,而南海海山据称都为基性岩。因此,这些沉积物的来源可能有更多的可能,比如来源于南海周围陆地的远距离输运。如果真是这样,动荡的南海不仅仅是中央海区,可能遍及南海大部分深海区域。

??????? 这个站位接下来四天多钻探的五百多米地层中,浊积层仍然频繁出现,仅仅是规模开始逐渐变小。然而,在距离海底以下四百多米开始,大致距今三四百万年以前,钻探获取大量松散的沙质沉积物。这种散沙的成份稳定,分选较好,有时在沙层中穿插有粉沙向泥质变化的浊积层。我解释这种散沙是往复运动深水动荡环境的产物,这种动荡环境有别于浊流环境。前者是“海底风暴”,事件暴发时可以横扫海底区域,形成沙泥交互沉积的浊积层;而后者深部海水持续往复地运动,将海底沉积物淘洗得很干净,仅保留分选较好的散沙。

??????? 钻探提供南海深海动荡环境的线索,给我们船上科学家带来太多的遐想。想象南海深海几百万年以来的沧桑演变历程,多少年以来都“沉睡”在数千米水深的深海海底,陪伴着海底平原上竖立的巨型海山。唯有出露在海面之上的黄岩岛,似乎在启发着我们不断地探索和思考。今天,揭开南海历史“面纱”的大洋钻探航次终于来了。

(文/图 刘志飞,2014年2月9日,于南海“决心号”钻探船)

最后更新 (2014-06-02 14:10)

 
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