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原标题:同济大学汪品先院士:八年探索“南海深部计划”,提出新概念有力地挑战了传统的偏见!
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汪品先,海洋地质学家,中国科学院院士,现任同济大学海洋与地球科学学院教授。长期致力于中国深海科学的发展,主要研究方向为海洋微体古生物与古海洋学。 8 H3 _: V: P& X1 m
立足西太平洋,探索学术新方向
) D1 c* T: \0 U2 K: @6 t/ {$ q “南海深部计划”的8年探索,取得了众多的科学成绩,其中具有显著突破性的进展就是以下3项: 深海盆水体的洋陆相互作用、 深海盆形成的板缘张烈机制和 气候演变的低纬驱动。
3 t( N' [ m% D+ w 三者探讨的都是地球科学顶级的重大问题,提出的都是挑战传统认识的新观点。
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大洋和大陆的水在边缘海盆地发生交换,会发生相互影响,但是像南海这样的深层交流却与众不同:大洋深部水进入边缘海,改造以后返回大洋影响北太平洋中层水,并且在南海上返改变南海的上复水体,这种 三维空间的深海洋陆相互作用属于首次发现。 # ?2 }3 L w, E, i2 ?0 h! z1 X
研究程度较高的边缘海,比如墨西哥湾流穿越尤卡坦通道和弗罗里达海峡形成环流,对湾流产生影响,但只是上层海水发生交换,并没有深层水的上返;地中海有>36.5‰的高盐水穿越直布罗陀海峡进入北大西洋,影响着北大西洋的水文,但这只是地中海上层的水,并不涉及深部。 ' h- W4 V7 p" ~5 `# T/ D
可见,南海观察到的深层洋陆相互作用,是 全球范围内新发现的独特现象,属于有待开发的研究新领域。 % h' X8 H, }$ I& z
套用大西洋模型解释南海成因,多年来已经成为南海从基础研究到油气勘探共同遵守的信条。
/ v/ D6 w4 F7 P' M& j" O 尤其是深部勘探大量使用地震剖面,而这种间接证据 必须依靠一定的理论模型才能解释,一旦模型错误解释就会全盘失真,而这正是在南海发生偏差的原因。 ( u9 o2 a1 i" `( T" z: y
大西洋破裂的是 联合大陆板块内部坚固的岩石圈,除非被地幔上涌的岩浆冲开(火山型被动边缘),否则就需要地壳先破,经过海水入侵的长期风化,使橄榄岩地幔发生蛇纹岩化,岩石圈才会破裂(非火山型被动边缘)。 6 j) P) J4 |% K
南海也有 共轭边缘,近二三十年来被认为属于“非火山型”的大西洋模式,误以为南海的洋陆过渡带也应该和大西洋一样,发育蛇纹岩化的地幔岩。 1 [/ t" y8 I8 v: W' ?
国内外的地震剖面解释,也普遍套用大西洋模式,在洋陆过渡带“发现”蛇纹岩化地幔。 2 k1 [7 Y, z2 t( F7 e- l0 C% H, \9 q
下图分别是德国科学家(a)和法国科学家(b)对南海地震剖面所作的解释。 6 l! u) ?6 o3 `. b* v+ T3 C
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误解的“蛇纹岩”:南海洋陆过渡带地震剖面被误解为“蛇纹岩化地幔”的海区
, b* N; L+ z( ?; T9 {5 Q }2 Y6 L& r7 b 南海IODP167/168航次的首要目标,就是钻探洋陆过渡带寻找蛇纹岩,以检验大西洋模式的普适性。 3 {/ Z" Z7 K; v& x) t% Q. n
但是钻探结果否定了原先的猜测,照搬大西洋模式的地质设想已经破灭, 南海的深部构造需要在板缘张裂的基础上重新认识。 * f/ o/ u) ~- t( v
和西太平洋众多的边缘海一样,南海是在 板块边缘张裂形成,这里的岩石圈已经减弱,岩浆活动很容易开始,套用大西洋板内张裂的模式是一种误会。 % Z9 `& z% n, S6 _2 x1 ]: Y4 L
现在的任务是和大量的边缘海盆地一道, 重新研究南海的张裂机制和西太平洋边缘海系统的成因。 - T7 A; L% o: F
同样,多年来气候演变的研究,也是在套用欧美与北大西洋建立起来的模型,以为北极冰盖和北大西洋深层水主宰着全球的气候变化,不能容忍与此不同的地质记录。 7 X9 e- E( U3 @
南海大洋钻探地层分辨率最高的ODP1144井,分析浮游有孔虫氧同位素的结果,得出了百万年来的气候变化曲线。
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近30万年来的两类氧同位素曲线
, L" c9 Z1 K$ s- o! y+ g# k! E 因为具有季风型氧同位素的特征,间冰期没有出现轻值的尖峰,就被德国学者认为是地层缺失,而且每个间冰期都不能幸免(下图蓝色时段),殊不知这正是 季风影响区表层海水的特色,地层并不缺失。
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2 p( @$ z% G2 V$ T9 X$ V. B 误解的“地层间断”:南海北部大洋钻探ODP1144井近百万年来浮游有孔虫的氧同位素记录 1 [ V8 `/ o' n3 f' W
盲目套用传统模式的危害,可见一斑。 4 f' o/ m% y ]/ h. E9 I L! y
可见,研究气候演变应当采用 低纬驱动的新概念,从只见冰盖张缩的习惯性思维里解脱出来。 ; b8 H( X- B) Q" r' R6 P
站在地球系统的高度看,低纬过程驱动的 水文循环和 碳循环,正是地质历史上气候演变的基本模式;第四纪期间两极冰盖变化的高纬过程确实特别突出,但仍然不能埋没低纬过程的重要作用。 5 ^. o! k/ e( l9 O
如何从地质历史和地球系统整体的高度, 重新认识气候演变的机制,是古气候学当前的重要任务。 - D6 u- w/ J: M9 S6 T3 s# C
无论海盆形成还是气候演变,都是南海深部计划在分析实际材料的过程中,发现与传统概念不合,于是对“公认”的传统进行追究,发现这些误会的来源,都是因为欧洲、大西洋的区域性研究被赋予全球通用的“普适性”,被奉为举世皆准的模板。 8 j$ \: v6 E( K2 {# v" x9 V
南海的研究分析了 本区域的特色,揭示了传统认识的局限性,进而提出了 自己的理论模型和假说。
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+ r+ y5 U2 P6 d! h 南海深部计划的两大突破
, O8 \: C& ^: X+ h. r 新提出的概念当然并不成熟,但是有力地挑战了传统的偏见,相信通过进一步深入的工作,终能揭出自然界的真谛。
4 o% x D$ C. G8 j 本文节选自《南海深部过程的探索》
. M' d( h1 Y2 `) f 发表于《科技导报》第18期 - G, Q, L3 E* r) \0 S
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信息来源: 科技导报
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