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历时8年,给南海做一场深度“解剖”

     “我们正在做一项试验,把国家级的重大基础研究计划亮点成果,采用大众容易理解的语言和形式,既面向学界,也面向社会作汇报,力求科学生动地表述前沿内容、介绍自身原创性成果,争取行外的人也能听得懂。”近日,在同济大学召开的国家自然科学基金委“南海深部过程演变”重大计划报告会上,“南海深部计划”指导专家组组长、中国科学院院士、同济大学海洋与地球科学学院汪品先教授表示,这是他们“第一次吃螃蟹”。
      作为地球上最大的低纬度边缘海,南海地处全球最高的珠穆朗玛峰和全球海洋最深的马里亚纳海沟之间,位于全球最大的海洋板块太平洋板块、全球最大的大陆板块欧亚板块以及菲律宾海板块等多板块汇聚之处。
特殊的地理位置使南海研究对气候变化、板块构造、地质灾害等研究都具有重大意义。

 从一概不知到取得科学主导权

      
南海东西两个次海盆哪个老?
南海是从哪里打开的?南海深部水怎样流动?南海深部沉积物是从哪里来的,如何搬运?南海深水和沉积物中,有什么样的微生物,起什么作用?“8年前,我们对这些问题一概不知,只能猜测或者照搬国外教科书。”汪品先回顾道。
      “我们好比是在解剖一只麻雀,从3方面揭示南海这个边缘海的‘生命史’:深海盆的形成演变为其‘骨’,深海沉积所含的环境信息为其‘肉’,海水的生物地球化学系统为其‘血’。”汪品先以一个生动的比喻概括了南海深部计划的设计:从骨、肉、血3部分入手,通过多学科的共同探索解剖南海这只“麻雀”。
      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。
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