深海海溝的氣候變化故事

　　葉謙，博士，曾任中國氣象科學(xué)研究院兼職研究員、中國氣象局華風(fēng)影視集團(tuán)高級(jí)顧問、世界氣象組織北京2008年奧運(yùn)會(huì)預(yù)報(bào)演示項(xiàng)目社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響評(píng)價(jià)課題首席科學(xué)家。現(xiàn)任國際全球環(huán)境變化人文影響中國委員會(huì)(CNC-IHDP)副秘書長、國際全球環(huán)境變化人文影響計(jì)劃(0HDP)主任特別顧問，IHDP核心計(jì)劃綜合風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃執(zhí)行主任。研究領(lǐng)域包括：衛(wèi)星氣候?qū)W、氣候變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響以及全球變化等。
　　歷史是未來的鏡子。要對(duì)未來氣候變化有深刻的認(rèn)識(shí)，研究古氣候?yàn)榭茖W(xué)家提供了一條重要途徑。地球氣候變化具有周期性。科學(xué)家利用這一特性，通過尋找和分析自然界古老的遺留物，包括化石、冰芯、巖石、海洋沉積物等來了解地球的過去。但是，滄海變遷，物換星移，發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)氣候變化在地球上留下的各種痕跡，仍然是科學(xué)家在研究古氣候變化中所必須應(yīng)對(duì)的巨大挑戰(zhàn)。為此，科學(xué)家一方面不斷加深對(duì)氣候變化的理論研究，試圖更多地了解氣候系統(tǒng)的方方面面，另一方面，通過改進(jìn)探測技術(shù)，幫助科學(xué)家深入到以往人類難以到達(dá)的地區(qū)收集新證據(jù)。深海海溝就是科學(xué)家所開辟的一個(gè)新領(lǐng)域。
　　在大氣、河流和海洋運(yùn)動(dòng)的共同作用下，每年有數(shù)十億噸的泥沙流向海洋。在海底曰積月累堆積的沉積物不但包括了水生物的遺體，還有來自干陸地不同區(qū)域的大量物質(zhì)。在缺氧條件下，這些沉積物中生物化石的化學(xué)性質(zhì)得以保留，對(duì)它們進(jìn)行分析就可能揭示過去的氣候變化。因此，長期以來，利用海洋和湖泊沉積物分析歷史氣候變化已經(jīng)成為古氣候科學(xué)家研究的重要手段。
　　例如，一種名為有孔蟲的海洋生物當(dāng)其生命終止后就會(huì)沉人海底(圖1)。科學(xué)家利用不同類型的有孔蟲生活在不同溫度的水中這樣一種特性，通過對(duì)有孔蟲在不同時(shí)間不同層次累積量的分析，就可以建立起一個(gè)隨時(shí)間變化的溫度序列。
　　在地球的地質(zhì)進(jìn)化過程中，地球表面海陸分布曾經(jīng)發(fā)生過多次重大變化。巨變發(fā)生離我們最近的地質(zhì)時(shí)代是距今5 500萬年前的古新世和始新世時(shí)代交際時(shí)期。在該時(shí)期內(nèi)，地球溫度急劇飆升。海洋學(xué)和氣候?qū)W領(lǐng)域的科學(xué)家認(rèn)為，此地質(zhì)事件發(fā)生時(shí)，氣候條件與我們目前的全球變暖過程極為相似，因此可以作為現(xiàn)代氣候變暖的一個(gè)類比。通過對(duì)該時(shí)期地球環(huán)境的分析，將有助于理解當(dāng)前氣候變化問題。
　　上世紀(jì)80年代，1組由7個(gè)國家27名科學(xué)家組成的研究組，對(duì)日本海海底進(jìn)行了2個(gè)月的鉆探，通過分析不同層次的巖石、沙子、黏土和海洋生物化石，研究人員發(fā)現(xiàn)一些樣品中有一些富含有機(jī)物層循環(huán)出現(xiàn)。而有機(jī)層豐富時(shí)，表明大多數(shù)生活在海底的生物由于氧氣水平低而死亡增多，淺色層的出現(xiàn)則表明相關(guān)時(shí)期海底擁有豐富的氧氣，生命回歸。通過對(duì)氧氣多少交替規(guī)律的研究，科學(xué)家推演出海平面的變化和氣候冷暖變化，并構(gòu)建了1幅火山、地震、海平面變化，以及日本和亞洲大陸的古氣候模式。近年來，隨著材料科學(xué)和深海探測儀器水平的快速提高，科學(xué)家又將目光投向了還很少被人類涉足的深海海溝。而生成于6000萬年前太平洋西部洋底的馬里亞納海溝就成為1個(gè)研究的熱點(diǎn)地區(qū)(圖2)。
　　上天入地一直是人類的夢(mèng)想。而與上天相比，入地(下海)的難度并不小?，F(xiàn)代海洋探測表明，位于北太平洋西部馬里亞納群島以東的馬里亞納海溝的斐查茲海淵，最大水深約為11000米，是地球的最深點(diǎn)。馬里亞納海溝是1條洋底弧形洼地，它延伸2550千米，平均寬69千米，大部分水深在8000米以上。
　　自上世紀(jì)50年代起，英國、美國、前蘇聯(lián)、日本等國的科學(xué)家曾多次放置小型潛水器深入海中，測量馬里亞納海溝最深處的精確數(shù)值。但直到1960年，人類才使用潛艇最終抵達(dá)馬里亞納海溝最深處見識(shí)到海底奇觀。1960年1月23曰，美國人唐，沃爾什與瑞士人雅克，皮卡德駕駛深海潛艇完成了這一壯舉。遺憾的是，由于當(dāng)時(shí)的材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展所限，潛水器重達(dá)150噸，活動(dòng)能力非常差，在潛浮8個(gè)小時(shí)過程中，在海底僅停留了20分鐘，并且沒有留下任何影像資料。2012年3月，美國奸萊塢著名導(dǎo)演卡梅隆乘坐“深海挑戰(zhàn)者”號(hào)潛水器到達(dá)馬里亞納海溝10898米深海底，引起轟動(dòng)，成為世界上第3個(gè)到達(dá)馬里亞納海溝底部的人。但是，這些對(duì)于馬里亞納海溝的探索基本上都是以測試深海潛水器為主要目的的探險(xiǎn)活動(dòng)。
　　2012年6月下旬，我國自主設(shè)計(jì)、自主集成的深海載人潛水器——“蛟龍”號(hào)在太平洋馬里亞納海溝進(jìn)行了7000米級(jí)的多次海試，最大下潛深度達(dá)到7062米。“蛟龍”號(hào)成功突破7000米深度，證明它可以在全球99.8％的海底實(shí)現(xiàn)較長時(shí)間的海底航行、海底照相和攝像、沉積物和礦物取樣、生物和微生物取樣、標(biāo)志物布放、海底地形地貌測量等作業(yè)，這不但使我國擁有了世界上作業(yè)深度最深的載人潛水器，更為我國在氣候變化研究方面提供了利器。我們期待著中國科學(xué)家和海洋工程儀器工程師能夠攜手合作，為古氣候研究取得國際水平的研究成果作出貢