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一根探海神針 解剖南海

2017-04-20 22:08世界日報 中國新聞組整理

「決心」號由美國製造,是世界上最先進的大洋鑽探船之一。(取材自南方都市報)
「決心」號由美國製造,是世界上最先進的大洋鑽探船之一。(取材自南方都市報)
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經過多年航天領域的迅速發展,人們對於太空有了更多認識,但對海的了解卻遠不如太空。面對汪洋大海如何「問」歷史?「鑰匙」正是在海底深處。

現場 鋼管戴套探5300米

2月13日,在香港維多利亞港口,來自全球各地的33位海洋科學家在這裡集結,其中包括13位中國專家。他們登上停靠等待的美國「決心」號鑽探船後,船駛往南海北部深處,開啟為期60天的鑽探考察。他們都有一個共同的目標,在南海放下「探海神針」,讓它插入近4000米深的海底,穿透1000多米的沉積層,取出「神秘」岩石,以掌握打開南海如何「由陸地變為海洋」謎題的「鑰匙」。這是由中國科學家主導的第三次南海大洋鑽探。

決心號鑽探船上的「月池」,鑽桿從此處下海。(取材自南方都市報)
決心號鑽探船上的「月池」,鑽桿從此處下海。(取材自南方都市報)
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南海北部陸緣一直被科學家譽為開展大陸破裂研究的「天然實驗室」。此次鑽探計畫,也選在了南海北部,確定的四個鑽探站位分別分布在南海北部的外緣隆起、洋陸過渡帶、胚胎洋盆、成熟洋盆地帶。已經歸航的367航次主要負責中間兩個鑽探位,編號為U 1499和U 1500兩個點的鑽探。在起伏不定的海浪中要穿過數千米深的海水,再鑽入海底深處獲取一管管岩芯樣品,其難度可想而知,「每一個環節都是來之不易」,中國科學院南海海洋研究所孫珍教授感嘆,她說,插入海底的「探海神針」是從「決心」號中部一個連接大海的「月池」中入水的。

深入大海的鋼鐵管子就像是「套娃」一般,大管子套著小管子。為了鑽取深層的基底岩石,在最外層加設了稱為「套管」的管子,布放在海底沉積物中,它如一層強大的保護膜,防止插入海底深部時,鬆散的上部岩層倒塌干擾岩石取樣,這次U 1500站位安裝的單層保護套管長達842米,創下了大洋鑽探的歷史紀錄。

由於通往海底之路漫漫,每層管子並不是一插到底,而是一段段接駁插入,一直接到海底,隨著取樣的深入,連接的鑽管長度也漸加長。在U 1500鑽位,接駁的鑽管長度最長達到5300多米。

定位 靠地震波繪海底圖

面對一望無際又深不見底的汪洋大海,技術人員當初如何確定鑽探點?孫珍表示,科學家對於海底環境並非「一無所知」,在鑽探開始以前,技術人員已經運用「人工地震」對南海北部做了一個全方位的「CT掃描」。

「地震在普通人看來是一種災害,但它卻成為科學家獲取海底地圖的常用手段。」孫珍說。據介紹,「海底地震」的操作主要透過向海底放出巨能量「空氣炮」來撼動海底,「就跟小時候看炸爆米花一樣」,同時讓早已拖在船後的地震電纜記錄出海底返回的地震波,透過源源不斷地放炮和記錄,多條地震波透過電腦分析就可描繪出初步的「海底圖鑒」了,科學家正是根據這個圖鑒來選定具體的鑽探位置。

有了地圖,如何定點?孫珍表示,鑽探的定點通常要根據海底地形來選擇。如第一個鑽位U 1499的位置,正選在了南海北部大陸邊緣、地殼減薄到最小的地方。鑽孔只要打穿海底800多米的沉積層,就可以鑽取正下方一個「小山丘」的山頂岩石。這個「小山丘」很可能就是由於地殼減薄、莫霍面上揚、下地殼出露所形成的,是南海由大陸變為海洋前的最後一段基底岩石。

帳本 科考航母日砸百萬

「其實真的是一艘豪華的科考船。」中國科學院南海海洋所海洋地球物理學博士張錦昌首次踏上「決心」號,他如是描述。孫珍介紹,「決心」號大洋鑽探船全名為「JO ID E S·決心」號,由美國製造,是世界上最先進的大洋鑽探船之一。

「決心」號共有七層,船長143米,寬度21米,排水量1.86萬噸,能在海上連續航行75天。作為科考船,它的科研能力不容小覷。1400平方米的實驗室,包括沉積學、岩石學、古生物學、地球化學、地球物理、古地磁等7個科研範疇。實驗室還配備電子掃描顯微鏡、X射線熒光計、X射線衍射計、氣相色譜儀等諸多先進儀器,堪稱一座國際合作的深海研究「航空母艦」。

出航兩個月,龐大的「決心」號要花費多少?孫珍介紹,每個航次花費約950萬美元,算下來平均每天15萬美元,約等於100萬元人民幣。兩個航次將花費1.2億元人民幣。

海洋科學研究需要大量的投入。孫珍說,石油公司去深海打一口井,成本達5億-10億元,這夠「決心」號運行4-5個航次。「比如另個鑽探平台提供者,日本的『地球』號雖然技術先進,可以鑽油、氣等,但運行成本高出『決心』號三到五倍。各個國家都還在用『決心』號的主因是便宜,而且產出可觀」。

突破 更新大陸破裂理論

「對人類來說,『下海』比『上天』的難度更大。我們對海的了解還不如太空。」面對汪洋大海如何「問」歷史?「鑰匙」正是在海底深處。孫珍解釋,海底的岩石層都有規律,一般而言,最古老的沉積層在下,年輕的則靠上,透過對它的「解剖」,可以極大幫助解密海洋的變遷史。向海底岩石詢問滄海桑田的變化,是海洋科學家們的慣用手段。

早在1999年,第一次南海大洋鑽探O D P184航次就從南海3000多米深的海底以下鑽取到了沉積物岩芯,並從中讀取了西太平洋最近3000萬年的氣候變化紀錄,掌握了南海在「長成」以後「後半生」歷史。2014年第二次南海大洋鑽探IODP349航次中,科學家為南海洋盆初步刻畫了「從出生到死亡」的時間軸。而第二次南海大洋鑽探的研究結果表明:南海東部海盆「出生」於3300萬年前,「死亡」於1500萬年前;西南部海底「出生」於2360萬年前,相對較晚,而「死亡」則於1600萬年前。

前兩次的鑽探,科學家們已初步揭示了南海的「後半生」。而今年科學家第三次回歸南海大洋鑽探,想法則更加「瘋狂」,他們要聚焦南海「前半生」,解開南海成因,探尋大陸如何破裂、海洋盆地如何形成的科學之謎,這將意味著鑽探要去到更深,難度更大。

對於海陸變遷的謎題,目前科學界並沒有一致的定論,但普遍沿用的是以大西洋為「藍本」的非火山型大陸破裂理論。然而,在南海的早期研究中,已經有初步證據顯示,南海的成因可能與大西洋藍本不盡相同。孫珍表示,南海的運動速度是中速到慢速擴張,代表全球大多數海盆擴張方式,南海版本可能在世界海洋研究中更具代表性,而這次的鑽探將有望帶來「大陸破裂」理論的新版本。

「決心號」鑽探時使用的球果型鑽頭。(取材自南方都市報)
「決心號」鑽探時使用的球果型鑽頭。(取材自南方都市報)
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南海地震

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