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    摸其“骨”、探其“肉”……給南海做深度“解剖”

    2019年09月09日 02:34 來源:科技日報 參與互動 
    摸其“骨”、探其“肉”……給南海做深度“解剖”
        海石攝

      摸其“骨”、探其“肉”、查其“血”

      歷時8年,給南海做一場深度“解剖”

      海石攝

      本報記者 崔 爽

      “我們正在做一項試驗,把國家級的重大基礎研究計劃亮點成果,采用大眾容易理解的語言和形式,既面向學界,也面向社會作匯報,力求科學生動地表述前沿內容、介紹自身原創性成果,爭取行外的人也能聽得懂?!苯?,在同濟大學召開的國家自然科學基金委“南海深部過程演變”重大計劃報告會上,“南海深部計劃”指導專家組組長、中國科學院院士、同濟大學海洋與地球科學學院汪品先教授表示,這是他們“第一次吃螃蟹”。

      作為地球上最大的低緯度邊緣海,南海地處全球最高的珠穆朗瑪峰和全球海洋最深的馬里亞納海溝之間,位于全球最大的海洋板塊太平洋板塊、全球最大的大陸板塊歐亞板塊以及菲律賓海板塊等多板塊匯聚之處。特殊的地理位置使南海研究對氣候變化、板塊構造、地質災害等研究都具有重大意義。

      從一概不知到取得科學主導權

      南海東西兩個次海盆哪個老?南海是從哪里打開的?南海深部水怎樣流動?南海深部沉積物是從哪里來的,如何搬運?南海深水和沉積物中,有什么樣的微生物,起什么作用?“8年前,我們對這些問題一概不知,只能猜測或者照搬國外教科書?!蓖羝废然仡櫟?。

      據“南海深部過程演變”重大計劃報告會的介紹,南海深部計劃是我國地學界海洋基礎研究規模最大、科學收獲最大的計劃。8年來對于南海深部進行了系統觀測,從海盆成因與演變機制,到深海系統的運行模式都取得了新的認識,使得南海成為世界深海研究程度最高的大型邊緣海。通過一系列的發現,我國取得了南海深部研究的科學主導權。

      “我們好比是在解剖一只麻雀,從3方面揭示南海這個邊緣海的‘生命史’:深海盆的形成演變為其‘骨’,深海沉積所含的環境信息為其‘肉’,海水的生物地球化學系統為其‘血’?!蓖羝废纫砸粋€生動的比喻概括了南海深部計劃的設計:從骨、肉、血3部分入手,通過多學科的共同探索解剖南海這只“麻雀”。

      “南海深部計劃2011年啟動,正值十八大提出海洋強國戰略的前夕,因而是在我國全面重視海洋科學研究,尤其是發展深??萍嫉谋尘跋聢绦械??!被厥?年實施過程,汪品先感慨良多,8年來,國產深潛器等高新技術為計劃提供了探索的新手段,地調局、中海油等產業部門的深??碧綖檫@一計劃提供了新材料?!罢强涨暗臍v史機遇,使得這項基礎研究計劃構成了科學的核心,促成了多部門的聯合,極大地加強了執行力度,使得計劃超額完成?!?/p>

      為期8年的南海深部計劃,經過2019年的補充、集成,總共立項60項(重點51項、培育9項),吸引了全國32家單位的700余名研究人員參加,進行了多種深部地球物理實驗,化學、生物學、地球科學等多學科的大量觀測與實驗,完成了三個半國際大洋發現計劃(IODP)鉆探航次、4個深潛航次和每年的共享航次等海上作業,以及大量的實驗室分析和數據處理,最終揭示了南海深部的科學奧秘,獲得了突破性的研究進展。

      提出海盆成因和氣候演變新假說

      8年長跑,南海深部計劃研究提出了一系列新假說,特別是在海盆成因和氣候演變兩方面,沖破了傳統認識,挑戰原有的傳統觀點,提出新的假說。

      對于海盆的成因,世界上研究的標準來自北大西洋。1980年代以來,歐美學者認為南海的形成過程就是大西洋的翻版,只是規模小、年代短而已。但研究發現,南海不是“小大西洋”,南海與大西洋有著兩種根本不同的海盆形成機制,前者是“板緣裂谷”,后者是“板內裂谷”?!皞鹘y的大西洋型‘板內破裂’模式,是‘拉、拉、拉’,形成開闊的大洋盆地。南海是‘三面受敵’被擠壓,南?!寰壟璧亍瘡埰屏褭C制,是‘擠、拉、擠’,是‘長不大’的邊緣海盆?!蓖羝废日f。南海的研究指出了國際文獻和產業部門實踐中將兩者混淆的錯誤,提出西太平洋邊緣海是“板緣裂谷”形成的系列,有待采用新視角、新技術加以重新認識。

      另一大突破是氣候演變的“低緯驅動”。氣候演變的研究起步于大冰期的發現,其核心在于用北半球高緯度地區接受到的太陽輻射量變化,成功地解釋了近百萬年來冰蓋漲縮的周期性,引領著全球的氣候變化。南海的研究提出了氣候演變“低緯驅動”的觀點,指出高緯區冰蓋大小的變化和低緯區季風降雨的變化,驅動力的周期性有所不同,換句話說,就是低緯降水周期的變化并不就是由高緯冰蓋決定。其實,太陽輻射量集中在低緯區,低緯驅動過程是氣候干濕、旱澇災害的源頭,但長期以來不受重視。南海的研究還進一步表明:低緯海區更大的變化不在表層,而在于次表層水;軌道周期不但有萬年等級的冰期旋回,還有40萬年季風氣候的長周期,當前的地球就處在低谷期,在全球氣候變化的長期預測中應當加以注意。

      南海將成我國深海研究基地

      “南海深部計劃獲得了超越預期的成果,取得了學術層面的突破。在世界眾多的深海盆中,南海已經脫穎而出,進入了基礎研究程度最高的邊緣海行列,正在成為世界海洋科學研究的天然實驗室?!被仡欉@項計劃,汪品先表示,這一重大計劃的實施取得了新認識,成為南海深部研究的里程碑,形成了我國多學科結合的深??茖W隊伍,提出了挑戰傳統認識的新觀點,在重大基礎科學問題上形成了自己的觀點。

      特別值得一提的是,南海深部計劃的實施過程中,我國自主研制的7000米級和4500米級載人深潛器“蛟龍”號和“深海勇士”號相繼下水。深拖磁測系統、寬頻帶海底地震儀、深水錨系觀測、海山淺鉆等眾多先進深海技術都在南海得到應用,計劃本身也成為海洋科學和技術裝備的試驗場,促進了海洋技術的精進和人才隊伍的錘煉。

      “基于大量的實地觀測和原位探索,從源頭上追溯了一些‘普適性’認識的出處,根據西太平洋和低緯海域的特色,提出了不同于前人的新認識。但是當前的進展只能說是提出了問題,離解決問題還有很長的距離?!蓖羝废缺硎?,只有將北大西洋和西太平洋的研究進一步結合,將低緯過程和高緯過程相結合,才能理解海盆成因和氣候演變的真諦。

      此外,世界上邊緣海很多,而像南海深部計劃這樣,對于深水邊緣海盆地的水、碳循環集中進行系統觀測研究的,尚屬首次。太平洋深部的水通過2600米深的巴士海峽進入南海,造成了南海的“深水瀑布”和三層環流結構,通過實測和模擬的結合,對大洋和大陸因素的相互作用取得了較為系統的認識?!吧鲜?方面的進展,使得對南海深部的認識上了新臺階,成為國際邊緣海研究程度最高的一例?!蓖羝废日f。

      報告會上,汪品先也談到了未來的研究計劃,他表示,“希望可以將南海建成我國深海研究的基地”:以南海為鑰匙,揭開西太平洋邊緣海之謎;使南海成為國際邊緣海研究的典范;爭取將南海作為海洋學基礎研究的國際“實驗室”,使得一系列基本過程在這里揭示,一系列假說在這里產生、驗證。

      “歡慶8年豐收,迎接更大戰役”,汪品先的報告中這樣寫道:“南海深部過程演變”取得了重大科學進展,然而8年來的海上作業和研究課題主要集中在南海北部,基本上限于南沙群島以北。下一步為了全面揭示南?!吧贰?,需要向南部拓展,重點探索中部和南部海域,獲取整個南??茖W研究的主導權。

    【編輯:劉歡】

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