一块只有4.27米长的石头,为什么会让中国深海科学向前跨一大步?答案不在它有多长,而在它来自哪里。
它不是海滩上捡来的玄武岩,也不是潜水器从海底表面夹起来的碎块,而是“梦想”号在南海深海洋盆中,穿过4100米海水,再向海底深处钻进去后取得的完整岩心。这意味着,中国科学家终于可以把南海深处真正的“大洋地壳”直接拿到实验室里研究。
自然资源部中国地质调查局最新公布的信息显示,“梦想”号已经完成首次南海大洋科学钻探试钻。航次共完成两口井钻探取心,最大完钻深度达到4929.17米,最大进尺864.77米,中国自主实施深海钻探取心的能力由此进入5000米级。
但真正值得关注的,并不是“4929米”这个数字本身。最重要的成果,是团队使用自主研发的回转取心钻具,成功取得4.27米南海洋盆玄武岩岩心。
中国因此成为继美国、日本之后,全球第三个利用钻探船取得深海洋盆硬岩样品的国家。标题里所说的“打破美日垄断”,核心就在这里。
过去几十年,真正能够长期组织大洋科学钻探,并依靠专业钻探船从深海洋盆取得硬岩样品的力量非常有限。美国“决心”号和日本“地球”号曾是这一领域最有代表性的专业平台。
如今,中国不再只是搭别人的船参加国际航次,而是拥有了自己的大洋钻探船、自己的钻具和自己的作业体系。这两者的区别很大。
参加别人的科研项目,可以获得数据,也可以培养人才;但什么时候出海、去哪里钻、选择什么科学问题,往往要服从整个国际计划。拥有自己的钻探平台以后,中国科学家才能根据自己的重大科学问题设计航次,真正掌握调查节奏。
这也是“梦想”号这次南海首钻比“刷新纪录”更有分量的地方。为什么偏偏要钻玄武岩?
因为如果把海底沉积物看成一本记录天气、生命和海洋变化的历史书,那么玄武岩更像海盆本身的“出生档案”。全球大洋的形成,都和海底扩张有关。
地下岩浆沿着扩张中心上升、冷却,形成新的洋壳,海底便一点点向两边长出去。南海同样经历过这样的过程。
问题在于,南海的扩张历史并不简单。科学家长期发现,南海过去的扩张中心曾经发生过位置改变。
简单理解,就是原来不断生成新洋壳的地方逐渐停止活动,新的扩张中心却在另一处出现。这种现象叫“扩张脊跃迁”。
听起来只是“换了个地方喷岩浆”,背后却涉及一个很大的地球科学问题:究竟是什么力量让扩张中心突然发生迁移?是周围板块运动方式改变了,还是更深处的地幔活动推动了这一过程?
长期以来,科学家能够利用地震波、海底磁异常和海底地形去反推,却一直缺少足够直接的深部岩石证据。这就像研究一栋老房子,以前主要依靠外面的裂纹和结构图推测它什么时候改建过,现在终于可以从墙体内部取出材料,直接判断它究竟经历过什么。
“梦想”号拿到的玄武岩,因此不仅是一块石头,更像一份物证。中国地质调查局披露,依据此次航次取得的岩心和数据,初步研究已经确认,在南海扩张脊发生跃迁之后,还存在多期大规模火山喷发活动。
这一发现非常关键。因为如果这些火山活动的年代、岩石成分和南海扩张中心迁移的时间能够进一步对应起来,就有机会帮助科学家重新判断深部岩浆活动与南海演化之间的关系。
当然,现在还不能直接说“南海形成之谜已经解开”。目前公布的是初步研究成果。
岩心接下来还要进行年代、矿物、元素、磁性等大量分析,不同证据能够互相吻合以后,才可能形成更完整的地质模型。科学真正有意思的地方,也恰恰在这里:不是拿到石头就宣布答案,而是让石头一点点排除原来的猜测。
这次钻探还有一个容易被忽视的发现。在岩心中,研究人员看到了大洋红层以及绿到暗绿色的沉积互层。颜色变化并不是“好不好看”的问题,它往往与当时海水中的氧化还原环境、沉积过程和海洋化学条件有关。换句话说,这些不同颜色的地层,保存着几千万年前南海环境发生变化留下的痕迹。
海水什么时候缺氧,什么时候重新恢复富氧;大规模火山活动有没有影响海洋环境;生物活动和碳循环出现过怎样的变化,都可能从这些沉积物里寻找答案。而第二口井里的发现,则把问题又往前推了一步。
科研团队在海底以下813米到864米附近,钻到了数十米厚的砂泥互层,其中存在明显的生物扰动,而且富含有机质。这是国内首次在南海超过4000米水深、远离大陆的深部地层里发现这一类现象。
这次中国还有一个变化值得注意:科研人员第一次按照国际大洋钻探标准,在船上完成岩心采集、整理、编录、切剖、扫描、取样、测试和入库等完整流程。这说明能力已经不只是集中在“钻”这一个动作上。
从钻头碰到岩石,到岩心最后进入科研数据库,中间每一道程序都需要标准化。只有做到这一点,不同国家、不同实验室几年以后再研究同一批岩心时,数据才有比较价值。
这就是大科学工程和普通工程施工最大的不同。再回过头看“美日垄断”这个说法,会发现真正发生变化的是科研基础设施格局。
美国国家科学基金会早在2023年就决定,2024财年之后不再续签“决心”号的运营维护协议。这艘长期承担国际大洋钻探任务的老牌钻探船结束了原有运营阶段。
日本“地球”号目前仍然是全球最重要的科学钻探船之一,并且拥有成熟的立管钻探技术,目标同样包括向地幔方向深入。而中国“梦想”号在2024年正式入列以后,最大设计钻深达到11000米。
按照中国地质调查局公布的信息,它目前是全球唯一具备11000米钻探能力的大洋钻探船。这意味着国际大洋科学钻探正在进入一个新的阶段。
中国真正需要证明的,也不只是船造得大、参数写得高,而是能不能连续完成高难度航次,能不能在复杂海况下稳定钻取岩心,最终又能不能依靠这些样品产生国际认可的重要科学成果。南海这一钻,恰恰完成了第一次关键验证。
自主研发的回转取心钻具真正钻进了深海洋盆硬岩;船载实验室跑通了完整工作流程;ROV完成了长时间深水协同;取得的样品又立刻出现了新的科学线索。从这个意义上看,4.27米玄武岩的价值远远超过它本身。
中国现在不仅有能力“看见”深海,也开始具备直接进入海底深部取证的能力。过去研究海底深层结构,很多时候像医生做CT,通过地震波等方法判断地下可能有什么。
钻探则完全不同。它相当于真正取出了“病理样本”。推测玄武岩在哪里是一回事,把几十上百万年前形成的岩石真正拿到手里,又是另一回事。
这也是为什么大洋钻探一直被称为了解地球内部最直接的方法之一。“梦想”号下一阶段真正令人期待的目标,则比南海这一钻更难。
它能不能最终推动南海形成理论出现明显调整,还需要后续研究给出答案。但有一件事情已经没有疑问:中国大洋科学钻探已经从“拥有一艘船”,走到了“真正用这艘船钻出关键科学样品”的阶段。而这一步,可能比任何漂亮的参数都重要。
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