南海不是“小大西洋”！我国科学家历时八年探索南海奥秘，多项新发现突破经典理论_风闻

来源：文汇报  2019-8-14

作者：金婉霞 许琦敏

▲南海海底地形，示中央深海盆（浅蓝色）的所在

“南海不是小太平洋！”今天，在国家自然科学基金重大研究计划“南海深海过程演变”成果报告会上，报告人林间教授无不激动得说表示，随着我国科学家对南海的深度“解剖”，一个个新发现、新理论“冒”了出来。这不仅突破了传统的经典理论，更给我国科学家摘取地质学的新标杆提供了攻克的机会。

南海目前的开发利用主要在周边，而南海揭秘的钥匙却在中央的深海盆。在南海中央，有水深四千多米的大洋地壳，它是什么时候形成的？这个如今呈三角形状的南海又缘何长成这样？更奇怪的是，一直以来，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。真是这样的吗？

由于缺乏直接证据，这个离我们很近的南海却成了科学家们“最熟悉的陌生人”。

2011-18年，国家自然科学基金委决心实施“南海深海过程演变”重大研究计划，这是迄今为止我国海洋界规模最大的基础研究计划，共立项60个， 700多人次的科学家参与到南海的探索揭秘之中。八年来，经过三个半航次的大洋钻探，近底磁力测量航次和多个海底地震仪（OBS）阵列试验，数以百计的深海潜标长期观测，四个深潜航次，和每年的共享航次等海上工作，和极其大量的实验室分析和数据处理，揭示了南海深部的科学奥秘，获得了突破性的研究进展。一个个新的答案逐渐浮出水面。

首先说海盆的形成。这里说的不是沧海桑田的变化，而是大陆裂开形成深海盆，由岩浆冷凝成玄武岩的大洋地壳。 世界上研究的标准来自北大西洋，而按照大西洋模式，在大洋和大陆地壳的连接处要有长期削蚀的地幔岩。但是在 2017-18年南海的大洋钻探三个航次中，钻井取上来的却是玄武岩，因而否定了原先的假说。而且发现早在大陆岩石圈张裂之初就有玄武岩涌出，很快就转到海底扩张、形成大洋地壳；然而在大西洋却要经过长期拉张使得地幔岩变弱，才会破裂出现玄武岩。

“南海不是个小大西洋”

研究发现这是两种不同的岩石圈：大西洋张裂的是超级大陆内部坚固的岩石圈，南海形成却是在太平洋板块俯冲带相对软弱的岩石圈。表面看来有所相似，其实这是两种根本不同的海盆形成机制，前者是“板内裂谷”、后者是“板缘裂谷”。南海的研究指出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。

▲南海大洋钻探结果否定了原有假设：洋陆过渡带基底并非蛇纹岩化地幔。下方为按照大西洋模式的剖面解释示意图，左上方示钻探揭示的基底岩性

气候演变“低纬驱动”

气候演变的研究起步于大冰期的发现，而地球运行轨道微小变化就能造成冰期旋回，是二十世纪地球科学的重大发现。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，然后冰盖变化又通过北大西洋深层水的形成，引领着全球的气候变化。

由此产生的海洋沉积氧同位素曲线，已经成为全大洋地层年龄对比的标准。但是1999年的大洋钻探，却在南海沉积速率最高的一口井，发现氧同位素曲线偏离了全球标准，按传统观点那就是地层记录不全。经过多项测试的精确分析和其他钻孔的反复比较，发现这种偏离是季风区域的共同特点，地层并不缺失。

这种季风区气候周期的特色，其实在陆地石笋、冰芯记录中早已发现，反映了太阳辐射量在低纬地区的周期变化。于是从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，低纬过程是气候干湿、旱涝灾害的源头，但长期以来不受重视，注意力集中在北半球的高纬冰盖上。南海研究还进一步表明：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注意。

▲最近30万年的两类海洋氧同位素曲线。A. 南海表层水； B. 大洋底层水。红色箭头提示两者的显著差异

海盆形成的“板缘裂谷”，气候周期的“低纬驱动”，都是南海深部研究结果挑战传统认识的突破性进展。现代地球科学起源于欧洲，现有的许多认识带有欧洲的烙印，海洋也多以北大西洋为标准。

长期以来世界上的深海研究以欧美为主，南海也不例外。南海深部计划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。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。

与上述两个“挑战”性成果并列的，是一个“首次”。世界上边缘海很多，而像南海深部计划那样，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认识。另一方面的突出成果在于碳循环的研究，从南海提出的微生物碳泵，已经成为全球大洋碳循环研究的热点之一； 而碳、氮循环相互关系的成果，也赢得了重要国际影响。

在“南海深部计划”的八年里，我国的科技界大显身手，向世界表明：中国的深海科学，已经进入国际前沿。而更多的问题还等着科学家继续探索。不过可以肯定的是，在世界众多的深海盆中，南海已经脱颖而出，正在成为海洋科学研究的天然实验室。

正如汪品先院士所说，南海深部计划是通过多学科的共同探索解剖一只“麻雀”，机油深海盆的形成演变的“骨”，也有深海沉积其所含的环境信息的“肉”，还有海水的生物地球化学系统的“血”，三者共同揭示了边缘海波澜壮阔的生命史。