同濟大學汪品先院士:八年探索「南海深部計劃」,提出新概念有力地...

2021-01-17 網易

　　

　　汪品先，海洋地質學家，中國科學院院士，現任同濟大學海洋與地球科學學院教授。長期致力於中國深海科學的發展，主要研究方向為海洋微體古生物與古海洋學。

　　立足西太平洋，探索學術新方向

　　「南海深部計劃」的8年探索，取得了眾多的科學成績，其中具有顯著突破性的進展就是以下3項：深海盆水體的洋陸相互作用、深海盆形成的板緣張烈機制和氣候演變的低緯驅動。

　　三者探討的都是地球科學頂級的重大問題，提出的都是挑戰傳統認識的新觀點。

　　

　　大洋和大陸的水在邊緣海盆地發生交換，會發生相互影響，但是像南海這樣的深層交流卻與眾不同：大洋深部水進入邊緣海，改造以後返回大洋影響北太平洋中層水，並且在南海上返改變南海的上復水體，這種三維空間的深海洋陸相互作用屬於首次發現。

　　研究程度較高的邊緣海，比如墨西哥灣流穿越尤卡坦通道和弗羅裡達海峽形成環流，對灣流產生影響，但只是上層海水發生交換，並沒有深層水的上返；地中海有>36.5‰的高鹽水穿越直布羅陀海峽進入北大西洋，影響著北大西洋的水文，但這只是地中海上層的水，並不涉及深部。

　　可見，南海觀察到的深層洋陸相互作用，是全球範圍內新發現的獨特現象，屬於有待開發的研究新領域。

　　套用大西洋模型解釋南海成因，多年來已經成為南海從基礎研究到油氣勘探共同遵守的信條。

　　尤其是深部勘探大量使用地震剖面，而這種間接證據必須依靠一定的理論模型才能解釋，一旦模型錯誤解釋就會全盤失真，而這正是在南海發生偏差的原因。

　　大西洋破裂的是聯合大陸板塊內部堅固的巖石圈，除非被地幔上湧的巖漿衝開（火山型被動邊緣），否則就需要地殼先破，經過海水入侵的長期風化，使橄欖巖地幔發生蛇紋巖化，巖石圈才會破裂（非火山型被動邊緣）。

　　南海也有共軛邊緣，近二三十年來被認為屬於「非火山型」的大西洋模式，誤以為南海的洋陸過渡帶也應該和大西洋一樣，發育蛇紋巖化的地幔巖。

　　國內外的地震剖面解釋，也普遍套用大西洋模式，在洋陸過渡帶「發現」蛇紋巖化地幔。

　　下圖分別是德國科學家（a）和法國科學家（b）對南海地震剖面所作的解釋。

　　

　　誤解的「蛇紋巖」：南海洋陸過渡帶地震剖面被誤解為「蛇紋巖化地幔」的海區

　　南海IODP167/168航次的首要目標，就是鑽探洋陸過渡帶尋找蛇紋巖，以檢驗大西洋模式的普適性。

　　但是鑽探結果否定了原先的猜測，照搬大西洋模式的地質設想已經破滅，南海的深部構造需要在板緣張裂的基礎上重新認識。

　　和西太平洋眾多的邊緣海一樣，南海是在板塊邊緣張裂形成，這裡的巖石圈已經減弱，巖漿活動很容易開始，套用大西洋板內張裂的模式是一種誤會。

　　現在的任務是和大量的邊緣海盆地一道，重新研究南海的張裂機制和西太平洋邊緣海系統的成因。

　　同樣，多年來氣候演變的研究，也是在套用歐美與北大西洋建立起來的模型，以為北極冰蓋和北大西洋深層水主宰著全球的氣候變化，不能容忍與此不同的地質記錄。

　　南海大洋鑽探地層解析度最高的ODP1144井，分析浮遊有孔蟲氧同位素的結果，得出了百萬年來的氣候變化曲線。

　　
近30萬年來的兩類氧同位素曲線

　　因為具有季風型氧同位素的特徵，間冰期沒有出現輕值的尖峰，就被德國學者認為是地層缺失，而且每個間冰期都不能倖免（下圖藍色時段），殊不知這正是季風影響區表層海水的特色，地層並不缺失。

　　

　　誤解的「地層間斷」：南海北部大洋鑽探ODP1144井近百萬年來浮遊有孔蟲的氧同位素記錄

　　盲目套用傳統模式的危害，可見一斑。

　　可見，研究氣候演變應當採用低緯驅動的新概念，從只見冰蓋張縮的習慣性思維裡解脫出來。

　　站在地球系統的高度看，低緯過程驅動的水文循環和碳循環，正是地質歷史上氣候演變的基本模式；第四紀期間兩極冰蓋變化的高緯過程確實特別突出，但仍然不能埋沒低緯過程的重要作用。

　　如何從地質歷史和地球系統整體的高度，重新認識氣候演變的機制，是古氣候學當前的重要任務。

　　無論海盆形成還是氣候演變，都是南海深部計劃在分析實際材料的過程中，發現與傳統概念不合，於是對「公認」的傳統進行追究，發現這些誤會的來源，都是因為歐洲、大西洋的區域性研究被賦予全球通用的「普適性」，被奉為舉世皆準的模板。

　　南海的研究分析了本區域的特色，揭示了傳統認識的局限性，進而提出了自己的理論模型和假說。

　　

　　南海深部計劃的兩大突破

　　新提出的概念當然並不成熟，但是有力地挑戰了傳統的偏見，相信通過進一步深入的工作，終能揭出自然界的真諦。

　　本文節選自《南海深部過程的探索》

　　發表於《科技導報》第18期

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　　信息來源: 科技導報

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　　?《海洋環境分析監測技術》中科院煙臺海岸帶所陳令新研究院等編著

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