摸其“骨”、探其“肉”……给南海做深度“解剖”

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海石摄影

触摸它的骨头,探索它的肉体,检查它的血液。

对南中国海进行了深入的“剖析”花了八年时间。

海石摄影

我们的记者崔爽

“我们正在进行一项实验,以一种易于公众理解的语言和形式突出国家一级重大基础研究项目的成果,并向学术界和社会报告。我们正在努力表达科学,生动地描述前沿内容,介绍我们的原创成就,让外人理解这些成就。“最近,中国科学院海洋与地球科学院和同济大学王品贤教授说,这是他们第一次吃螃蟹。

作为地球上最大的低纬度边缘海,南海位于世界上最高的珠穆朗玛峰和世界海洋中最深的马里亚纳海沟之间。它位于世界上最大的海洋板块,太平洋板块和世界上最大的欧洲板块欧亚板块。而菲律宾海洋板块和其他多个部门汇合在一起。特殊的地理位置使得南海的研究对气候变化,板块构造和地质灾害具有重要意义。

从无知到科学统治

哪个是南海的第二个子流域?南海在哪里开放?南海的深水如何流动?来自南海深海的沉积物在哪里?怎么搬运?南海深水和沉积物中有哪些微生物? “8年前,我们不知道这些问题。我们只能猜测或复制外国教科书。”王品贤回忆说。

根据“南海深加工进化”重大计划报告会的介绍,南海深度计划是中国地球科学领域最大,最科学的海洋基础研究计划。在过去八年中,对南海深部进行了系统观测。从海盆的成因演化机制到深海系统的运行方式,已经形成了新的认识,使南海成为世界上最大的边缘海域。通过一系列的发现,中国获得了南海深度研究的科学领导。

“我们就像解剖一只麻雀,从三个方面揭示南海边缘海的'生活史':深海盆地的形成演变为'骨',环境信息包含在深海沉积物中的是它的“肉”海水的生物地球化学系统就是它的“血液”。“王品贤用一个生动的比喻总结了南海深层设计的设计:从骨骼的三个部分开始,肉和血,通过多学科探索探索南中国海。“

南海深度计划于2011年启动,就在十八大提出海上大国战略之前。因此,它是在中国全面重视海洋科学研究,特别是深海科学技术发展的背景下实施的。王品贤有很多情绪。在过去的八年中,国内生产的高科技深潜潜水器为勘探提供了新的手段。国土资源局和中海油等工业局的深海勘探为该项目提供了新材料。 “这是一个前所未有的历史机遇,使这一基础研究计划成为科学的核心,这导致了一个多部门联盟,大大加强了执法和过度完成计划。”

为期8年的南海深部计划,经过2019年的补充、集成,总共立项60项(重点51项、培育9项),吸引了全国32家单位的700余名研究人员参加,进行了多种深部地球物理实验,化学、生物学、地球科学等多学科的大量观测与实验,完成了三个半国际大洋发现计划(IODP)钻探航次、4个深潜航次和每年的共享航次等海上作业,以及大量的实验室分析和数据处理,最终揭示了南海深部的科学奥秘,获得了突破性的研究进展。

提出海盆成因和气候演变新假说

8年长跑,南海深部计划研究提出了一系列新假说,特别是在海盆成因和气候演变两方面,冲破了传统认识,挑战原有的传统观点,提出新的假说。

对于海盆的成因,世界上研究的标准来自北大西洋。1980年代以来,欧美学者认为南海的形成过程就是大西洋的翻版,只是规模小、年代短而已。但研究发现,南海不是“小大西洋”,南海与大西洋有着两种根本不同的海盆形成机制,前者是“板缘裂谷”,后者是“板内裂谷”。“传统的大西洋型‘板内破裂’模式,是‘拉、拉、拉’,形成开阔的大洋盆地。南海是‘三面受敌’被挤压,南海‘板缘盆地’张破裂机制,是‘挤、拉、挤’,是‘长不大’的边缘海盆。”汪品先说。南海的研究指出了国际文献和产业部门实践中将两者混淆的错误,提出西太平洋边缘海是“板缘裂谷”形成的系列,有待采用新视角、新技术加以重新认识。

另一大突破是气候演变的“低纬驱动”。气候演变的研究起步于大冰期的发现,其核心在于用北半球高纬度地区接受到的太阳辐射量变化,成功地解释了近百万年来冰盖涨缩的周期性,引领着全球的气候变化。南海的研究提出了气候演变“低纬驱动”的观点,指出高纬区冰盖大小的变化和低纬区季风降雨的变化,驱动力的周期性有所不同,换句话说,就是低纬降水周期的变化并不就是由高纬冰盖决定。其实,太阳辐射量集中在低纬区,低纬驱动过程是气候干湿、旱涝灾害的源头,但长期以来不受重视。南海的研究还进一步表明:低纬海区更大的变化不在表层,而在于次表层水;轨道周期不但有万年等级的冰期旋回,还有40万年季风气候的长周期,当前的地球就处在低谷期,在全球气候变化的长期预测中应当加以注意。

南海将成我国深海研究基地

“南海深部计划获得了超越预期的成果,取得了学术层面的突破。在世界众多的深海盆中,南海已经脱颖而出,进入了基础研究程度最高的边缘海行列,正在成为世界海洋科学研究的天然实验室。”回顾这项计划,汪品先表示,这一重大计划的实施取得了新认识,成为南海深部研究的里程碑,形成了我国多学科结合的深海科学队伍,提出了挑战传统认识的新观点,在重大基础科学问题上形成了自己的观点。

特别值得一提的是,南海深部计划的实施过程中,我国自主研制的7000米级和4500米级载人深潜器“蛟龙”号和“深海勇士”号相继下水。深拖磁测系统、宽频带海底地震仪、深水锚系观测、海山浅钻等众多先进深海技术都在南海得到应用,计划本身也成为海洋科学和技术装备的试验场,促进了海洋技术的精进和人才队伍的锤炼。

“基于大量的实地观测和原位探索,从源头上追溯了一些‘普适性’认识的出处,根据西太平洋和低纬海域的特色,提出了不同于前人的新认识。但是当前的进展只能说是提出了问题,离解决问题还有很长的距离。”汪品先表示,只有将北大西洋和西太平洋的研究进一步结合,将低纬过程和高纬过程相结合,才能理解海盆成因和气候演变的真谛。

此外,世界上边缘海很多,而像南海深部计划这样,对于深水边缘海盆地的水、碳循环集中进行系统观测研究的,尚属首次。太平洋深部的水通过2600米深的巴士海峡进入南海,造成了南海的“深水瀑布”和三层环流结构,通过实测和模拟的结合,对大洋和大陆因素的相互作用取得了较为系统的认识。“上述3方面的进展,使得对南海深部的认识上了新台阶,成为国际边缘海研究程度最高的一例。”汪品先说。

报告会上,汪品先也谈到了未来的研究计划,他表示,“希望可以将南海建成我国深海研究的基地”:以南海为钥匙,揭开西太平洋边缘海之谜;使南海成为国际边缘海研究的典范;争取将南海作为海洋学基础研究的国际“实验室”,使得一系列基本过程在这里揭示,一系列假说在这里产生、验证。

“欢庆8年丰收,迎接更大战役”,汪品先的报告中这样写道:“南海深部过程演变”取得了重大科学进展,然而8年来的海上作业和研究课题主要集中在南海北部,基本上限于南沙群岛以北。下一步为了全面揭示南海“生命史”,需要向南部拓展,重点探索中部和南部海域,获取整个南海科学研究的主导权。

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