揭开“南海之谜”

2019-12-11 10:05

科学之友 2019年12期

作为地球上最大的低纬度边缘海，南海地处全球最高的珠穆朗玛峰和全球海洋最深的马里亚纳海沟之间，位于全球最大的海洋板块太平洋板块、全球最大的大陆板块欧亚板块以及菲律宾海板块等多板块汇聚之处。特殊的地理位置使南海研究对气候变化、板块构造、地质灾害等研究都具有重大意义。

南海东西两个次海盆哪个老？南海是从哪里打开的？南海深部水怎样流动？南海深部沉积物是从哪里来的，如何搬运？南海深水和沉积物中，有什么样的微生物，起什么作用？“8年前，我们对这些问题一概不知，只能猜测或者照搬国外教科书。”汪品先院士回顾道。

“南海深部计划”执行以来，极大地点燃了我国科学家研究南海的热情，一系列新发现表明：我国科学家在南海深部重大科学问题上，取得了南海深部研究的科学主导权。

8年来，我国科学家对南海深部进行了系统观测，从海盆成因与演变机制，到深海系统的运行模式都取得了新的认识，使得南海成为世界深海研究程度最高的大型边缘海。同时也向世界表明：中国的深海科学已经进入国际前沿，南海正成为世界深海研究程度最高的边缘海。

“我们好比是在解剖一只麻雀，从三方面揭示南海这个边缘海的‘生命史：深海盆的形成演变为其‘骨，深海沉积所含的环境信息为其‘肉，海水的生物地球化学系统为其‘血。”汪品先以一个生动的比喻概括了“南海深部计划”的设计：从骨、肉、血三部分入手，通过多学科的共同探索解剖南海这只“麻雀”。

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。但随着科学研究的深入，又带来了许多新的科学问题。

在地球漫长的历史岁月中，海洋与陆地“分久必合、合久必分”，南海是地球历史书上的一个精彩篇章。这个篇章的第一节，南海是怎样形成的，是困扰科学家的最大谜题。

“关于大陆裂开形成深海盆、由岩浆冷凝成玄武岩的大洋地壳，世界上的研究标准来自北大西洋。20世纪80年代以来，欧美学者一直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。”汪品先说，“但我们的研究结果却表明，南海不是小大西洋！”

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”。可是在“南海深部计划”执行过程中，我国科学家主导的大洋钻探367/368/368X三个航次，从南海洋壳和陆壳连接处的钻井取上来的却是玄武岩。这以实物证据否定了原先的假说。

我国科学家还发现，早在南海的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。而与此不同的是，大西洋是经过长期拉张，使得地幔岩变弱，才破裂出现玄武岩。

“我们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。”汪品先说，“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。”

专家们认为，我国关于南海形成之谜的研究，指出了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，而这将改写教科书。

南海的形成，经历了海底扩张形成大洋壳、岩浆溢出造成火山链、板块俯冲消减等三个时期。海底扩张的最早年代，是南海的出生年龄。扩张停止板块俯冲之际，相当于南海的消亡开始。但很长一段时期以来，科学家们对南海的年龄究竟有多大，东西海盆谁的扩张在先等，众说纷纭、难成定论。

这是因为南海的年龄难以从周边陆地剖面取得证据，而南海的海底，又覆盖了厚厚的沉积物，人们也很难从海底取样。世界各国科学家几乎全都依靠海盆扩张过程中留在南海洋壳基底的“磁異常条带”，来间接推论南海的年龄。

2014年，我国科学家主导了大洋钻探349航次，在4 000多米的深海盆三个站位，成功钻取到78米玄武岩。经过科学检测发现，东部海盆形成在先。东部海盆约在3 300万年前、西部海盆约在2 300万年前开始形成，两者都在1 500万-1 600万年前停止扩张。

科学家根据深部地球物理推测，南海玄武岩的海底，已经有一大片向东俯冲在菲律宾群岛下面。“可见南海的形成是从东往西推进，1 000多万年前的南海比现在几乎大一倍。”汪品先说。

现代南海深层水的唯一来源是太平洋。位于吕宋岛和台湾岛之间的巴士海峡，是南海与太平洋之间的唯一通道。太平洋水越过2 600米深的海槛进入南海，形成“深水瀑布”，混合后再从中层深度返回太平洋。

在“南海深部计划”中，我国科学家在南海布放了数以百计的深海观测潜标，经过长达8年的海下实测，证明南海深海存在逆时针方向的西部深边界流，整个南海的海水呈三层结构。通过用放射性碳测量2 000米深处的海水，发现海水的滞留时间不过百余年。

海山頂上的冷水珊瑚