揭開(kāi)“南海之謎”

從一概不知到取得科學(xué)主導(dǎo)權(quán)

作為地球上最大的低緯度邊緣海，南海地處全球最高的珠穆朗瑪峰和全球海洋最深的馬里亞納海溝之間，位于全球最大的海洋板塊太平洋板塊、全球最大的大陸板塊歐亞板塊以及菲律賓海板塊等多板塊匯聚之處。特殊的地理位置使南海研究對(duì)氣候變化、板塊構(gòu)造、地質(zhì)災(zāi)害等研究都具有重大意義。

南海東西兩個(gè)次海盆哪個(gè)老？南海是從哪里打開(kāi)的？南海深部水怎樣流動(dòng)？南海深部沉積物是從哪里來(lái)的，如何搬運(yùn)？南海深水和沉積物中，有什么樣的微生物，起什么作用？“8年前，我們對(duì)這些問(wèn)題一概不知，只能猜測(cè)或者照搬國(guó)外教科書。”汪品先院士回顧道。

“南海深部計(jì)劃”執(zhí)行以來(lái)，極大地點(diǎn)燃了我國(guó)科學(xué)家研究南海的熱情，一系列新發(fā)現(xiàn)表明：我國(guó)科學(xué)家在南海深部重大科學(xué)問(wèn)題上，取得了南海深部研究的科學(xué)主導(dǎo)權(quán)。

8年來(lái)，我國(guó)科學(xué)家對(duì)南海深部進(jìn)行了系統(tǒng)觀測(cè)，從海盆成因與演變機(jī)制，到深海系統(tǒng)的運(yùn)行模式都取得了新的認(rèn)識(shí)，使得南海成為世界深海研究程度最高的大型邊緣海。同時(shí)也向世界表明：中國(guó)的深?？茖W(xué)已經(jīng)進(jìn)入國(guó)際前沿，南海正成為世界深海研究程度最高的邊緣海。

“我們好比是在解剖一只麻雀，從三方面揭示南海這個(gè)邊緣海的‘生命史：深海盆的形成演變?yōu)槠洹?，深海沉積所含的環(huán)境信息為其‘肉，海水的生物地球化學(xué)系統(tǒng)為其‘血?！蓖羝废纫砸粋€(gè)生動(dòng)的比喻概括了“南海深部計(jì)劃”的設(shè)計(jì)：從骨、肉、血三部分入手，通過(guò)多學(xué)科的共同探索解剖南海這只“麻雀”。

長(zhǎng)期以來(lái)，世界上的深海研究以歐美為主，南海也不例外?！澳虾Ｉ畈坑?jì)劃”基于大量的實(shí)地觀測(cè)和原位探索，從源頭上追溯了一些“普適性”認(rèn)識(shí)的出處；根據(jù)西太平洋和低緯海域的特色，提出了不同于前人的新認(rèn)識(shí)。但隨著科學(xué)研究的深入，又帶來(lái)了許多新的科學(xué)問(wèn)題。

南海的形成或?qū)⒏膶懡炭茣?/h3>

在地球漫長(zhǎng)的歷史歲月中，海洋與陸地“分久必合、合久必分”，南海是地球歷史書上的一個(gè)精彩篇章。這個(gè)篇章的第一節(jié)，南海是怎樣形成的，是困擾科學(xué)家的最大謎題。

“關(guān)于大陸裂開(kāi)形成深海盆、由巖漿冷凝成玄武巖的大洋地殼，世界上的研究標(biāo)準(zhǔn)來(lái)自北大西洋。20世紀(jì)80年代以來(lái)，歐美學(xué)者一直認(rèn)為南海的形成過(guò)程就是大西洋的翻版，只是規(guī)模小、年代短而已。”汪品先說(shuō)，“但我們的研究結(jié)果卻表明，南海不是小大西洋！”

按照大西洋模式，在大洋和大陸地殼的連接處要有長(zhǎng)期削蝕的“地幔巖”。可是在“南海深部計(jì)劃”執(zhí)行過(guò)程中，我國(guó)科學(xué)家主導(dǎo)的大洋鉆探367/368/368X三個(gè)航次，從南海洋殼和陸殼連接處的鉆井取上來(lái)的卻是玄武巖。這以實(shí)物證據(jù)否定了原先的假說(shuō)。

我國(guó)科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，早在南海的大陸巖石圈張裂之初，就有玄武巖涌出，很快就轉(zhuǎn)到海底擴(kuò)張，形成大洋地殼。而與此不同的是，大西洋是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期拉張，使得地幔巖變?nèi)?，才破裂出現(xiàn)玄武巖。

“我們研究發(fā)現(xiàn)這是兩種不同的巖石圈：大西洋張裂的是超級(jí)大陸內(nèi)部堅(jiān)固的巖石圈，南海形成卻是在太平洋板塊俯沖帶相對(duì)軟弱的巖石圈?！蓖羝废日f(shuō)，“表面看來(lái)有所相似，其實(shí)這是兩種根本不同的海盆形成機(jī)制，前者是‘板內(nèi)裂谷，后者是‘板緣裂谷。”

專家們認(rèn)為，我國(guó)關(guān)于南海形成之謎的研究，指出了國(guó)際文獻(xiàn)和產(chǎn)業(yè)部門實(shí)踐中將兩者混淆的錯(cuò)誤，提出西太平洋邊緣海是“板緣裂谷”形成的系列，有待采用新視角、新技術(shù)加以重新認(rèn)識(shí)，而這將改寫教科書。

年齡從3 300萬(wàn)年前開(kāi)始擴(kuò)張

南海的形成，經(jīng)歷了海底擴(kuò)張形成大洋殼、巖漿溢出造成火山鏈、板塊俯沖消減等三個(gè)時(shí)期。海底擴(kuò)張的最早年代，是南海的出生年齡。擴(kuò)張停止板塊俯沖之際，相當(dāng)于南海的消亡開(kāi)始。但很長(zhǎng)一段時(shí)期以來(lái)，科學(xué)家們對(duì)南海的年齡究竟有多大，東西海盆誰(shuí)的擴(kuò)張?jiān)谙鹊龋娬f(shuō)紛紜、難成定論。

這是因?yàn)槟虾５哪挲g難以從周邊陸地剖面取得證據(jù)，而南海的海底，又覆蓋了厚厚的沉積物，人們也很難從海底取樣。世界各國(guó)科學(xué)家?guī)缀跞家揽亢Ｅ钄U(kuò)張過(guò)程中留在南海洋殼基底的“磁異常條帶”，來(lái)間接推論南海的年齡。

2014年，我國(guó)科學(xué)家主導(dǎo)了大洋鉆探349航次，在4 000多米的深海盆三個(gè)站位，成功鉆取到78米玄武巖。經(jīng)過(guò)科學(xué)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，東部海盆形成在先。東部海盆約在3 300萬(wàn)年前、西部海盆約在2 300萬(wàn)年前開(kāi)始形成，兩者都在1 500萬(wàn)-1 600萬(wàn)年前停止擴(kuò)張。

科學(xué)家根據(jù)深部地球物理推測(cè)，南海玄武巖的海底，已經(jīng)有一大片向東俯沖在菲律賓群島下面?！翱梢?jiàn)南海的形成是從東往西推進(jìn)，1 000多萬(wàn)年前的南海比現(xiàn)在幾乎大一倍?！蓖羝废日f(shuō)。

海底海流復(fù)雜，生機(jī)勃勃

現(xiàn)代南海深層水的唯一來(lái)源是太平洋。位于呂宋島和臺(tái)灣島之間的巴士海峽，是南海與太平洋之間的唯一通道。太平洋水越過(guò)2 600米深的海檻進(jìn)入南海，形成“深水瀑布”，混合后再?gòu)闹袑由疃确祷靥窖蟆?/p>

在“南海深部計(jì)劃”中，我國(guó)科學(xué)家在南海布放了數(shù)以百計(jì)的深海觀測(cè)潛標(biāo)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)8年的海下實(shí)測(cè)，證明南海深海存在逆時(shí)針?lè)较虻奈鞑可钸吔缌鳎麄€(gè)南海的海水呈三層結(jié)構(gòu)。通過(guò)用放射性碳測(cè)量2 000米深處的海水，發(fā)現(xiàn)海水的滯留時(shí)間不過(guò)百余年。