南海海底地形圖：中央深藍色的深海底表示玄武巖的大洋地殼
撰文 | 國家科學評論
南海平均1200米深，中央深度超過三、四千米的深海盆地底部是玄武巖，這就是大洋地殼，南海形成的歷史就記錄在那裡。為揭示其間的奧秘，科學家們使出了渾身解數。
由於這裡的海水太深，海底玄武巖上還有上千米的沉積物覆蓋，因此深海底的大洋地殼很難採樣，除非用大洋鑽探船打鑽。科學家們一般使用地球物理的間接辦法，從船上測量海底幾千米深處巖層的物理性質，用假設的模型進行推斷。直到兩年前，南海的形成歷史就是這樣間接推測的。
2014年至2018年，國際大洋鑽探在南海深海盆12個站位打井，其中6個鑽到了大洋地殼的玄武巖，結果否定了原先的假設，在直接證據的基礎上，我國科學家提出了南海成因的新認識，發表在最近一期的《國家科學評論》（National Science Review ）上。這是一組由六篇文章組成的 「南海大洋鑽探」 （「The South China Sea Ocean Drilling」）專題。
南海不是小大西洋
世界上研究深海盆形成，基地在大西洋。所謂海盆形成就是指大陸巖石圈破裂，從深部湧出巖漿形成玄武巖的大洋地殼。國際大洋鑽探50年裡， 有22個航次用來探索大西洋的張裂，發現有兩種類型：一類是巖漿從地幔深處上湧導致陸地巖石圈破裂，屬於富巖漿型；另一類是大陸巖石圈拉薄，海水從破裂的地殼滲入地幔頂層，地幔的橄欖巖風化為蛇紋巖，變得容易破裂，然後才是巖漿湧出形成洋殼，屬於貧巖漿型。大西洋建立的模型在全球廣泛應用，是海盆形成的樣板。
南海的成因，二十多年來一直被認為是屬於大西洋的貧巖漿型，因為從地球物理測量的結果看兩者十分相像，只不過南海的時間短、範圍小，相當於一個小大西洋。但是中國科學家提出要在南海打鑽探索其成因，因為科學家只在大西洋經過大洋鑽探驗證其模型，迄今還是個孤例。大洋鑽探計劃選擇來南海打鑽，就是為了檢驗大西洋模型的普適性。
鑽探的結果出人意料：南海並沒有打到預期中的蛇紋巖化地幔巖，鑽井裡採到的是大洋中脊型的玄武巖巖芯。原來南海的巖漿作用極其活躍，大洋地殼形成前後都有火山活動，大陸巖石圈的破裂相當迅速，非但不屬於 「貧巖漿型」，而且破裂過程與大西洋有根本的不同。一句話： 「南海不是小大西洋」。
海盆形成的兩類機制
這次研究的重要結論，指出南海和大西洋海盆，產生於兩類不同的大陸巖石圈。在空間上，大西洋產生於超級大陸的內部, 巖石圈經過造山運動加固，很不容易破裂;而南海產生在超級大陸的邊緣，經過大洋板塊兩億多年的俯衝，那裡的巖石圈早已變弱, 破裂的難度大為降低。在時間上，大西洋產生於超級大陸的瓦解階段， 南海產生於超級大陸瓦解後的板塊碰撞期。前者屬於 「板內破裂「， 後者屬於 「板緣破裂」。
因此，南海和大西洋代表著海盆形成的兩種類型，把大西洋模型誇大為全球適用，盲目套用到南海來是錯誤的。無論在科研和生產實踐中，都不應當盲目套用大西洋模型來解釋地球物理剖面，造成誤導的推論。
當然，提出 「板緣破裂」 的新概念，不等於已經認識了這種海盆形成的機制。 「板緣破裂」 是西太平洋邊緣海形成的基本途徑，然而其種類繁多，有待開展系統研究，才能對其嚴格定義、形成類型和特徵標識得出全面的認識。
南海張裂的新假說
破裂機制的新認識，也帶來了南海成因的新假說。
三十年來，歐美科學家對於南海成因提出過不同的假說，主要是兩類：法國科學家提出南海的張裂的 「構造逃逸」，成因在西邊；英美科學家提出是靠古南海的 「板塊俯衝」，成因在南邊。
這次大洋鑽探之後發現，南海最有可能是沿著原有的走滑斷層從東邊打開，然後擴張脊向西推進，成因是在東邊。可惜東邊最早形成的洋殼，已經沿馬尼拉海溝俯衝消失，現在的南海海底的大洋地殼只是剩下的一部分。這項新假說，發表在 「國家科學評論」 的專題裡。
深海海底的研究，在世界上只是最近五六十年的事，而中國則主要在於最近的二十年。關於南海的成因，歷來是聽歐美科學家的意見，直到最近五年的大洋鑽探才改變了局面。南海的大洋鑽探，都是在中國科學家為主提議、設計和主持下進行，並且通過航次後的研究，對於南海成因提出了自己新的觀點，標誌著中國在深海研究上跨出了一大步。
然而這些新觀點的意義遠遠超過南海本身。從南海提出的「板緣破裂」，是邊緣海形成的基本機制，而世界上75%的邊緣海盆地集中在西太平洋，構成了一個完整的系統。南海深部的研究，正是為西太平洋邊緣海系統，提供了解開成因之謎的鑰匙。
南海深部探索與大洋鑽探
這次《國家科學評論》發表的專題，是 「南海深部計劃」 的成果之一。這是國家自然科學基金委員會的重大計劃，從2011年到2018年執行了8年，32個單位七百多人次參加研究，是我國深海探索第一個大規模的基礎研究計劃。高新技術是深海探索的必要條件，包括海底的長期現場觀測，載人和不載人的深潛航次，而其中最大的 「重武器」 就是大洋鑽探。這次關於南海成因的專題，主要來自大洋鑽探的發現。
大洋鑽探由於技術要求和經費投入都很高，直到今天還是全世界共享一個國際計劃，各國拿出最強的科技力量，在大洋鑽探船同舟共濟，可以說是深海研究的奧林匹克。大洋鑽探計劃從1968年開始，至少是地球科學裡歷時最久、貢獻最大的國際合作計劃。由於歷史的原因，中國到1998年方才參加，但是二十年來突飛猛進，在南海實現了5次大洋鑽探，從撰寫建議書到航次的執行和航次後的研究，都是以中國科學家為主體。
現在，南海深部的研究程度已經進入世界前列，而中國科學界也已經掌握了南海深部探索的主導權。隨著科學研究的深入，南海正在成為海洋科學的天然實驗室，我國學術界必將再接再厲，進一步推進南海的深入研究和國際合作，爭取在深海科學領域裡，振興華夏、為國爭光！