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大洋鉆探：揭示地球環(huán)境的歷史檔案
為了解自己生存環(huán)境的變化，人類對地球的視野不但要在空間上拓寬，也需要在時間上擴(kuò)展。地球的環(huán)境演變，在不同場合留下了各種各樣的“歷史檔案”，惟獨(dú)在深海沉積中留下的最為連續(xù)、最為全面。對深海大規(guī)模的系統(tǒng)研究開始于1968年的深海鉆探計(jì)劃。“深海鉆探”、“大洋鉆探”和“綜合大洋鉆探”深海研究的三部曲，是國際地球科學(xué)歷時最長、規(guī)模最大，也是成績最為突出的合作研究計(jì)劃。前面說到的“板塊”理論，正是DSDP在大西洋洋底的鉆探取樣和測年分析，發(fā)現(xiàn)從大洋中脊向兩側(cè)的玄武巖基底年齡越來越老，為洋底擴(kuò)張的假說提供了決定性的證據(jù)。30年前在南大洋的鉆探，發(fā)現(xiàn)澳洲和南美洲是在二三千萬年前才完全離開南極大陸的，于是南大洋形成環(huán)南極洋流，造成南極的“熱隔離”，結(jié)果導(dǎo)致南極冰蓋的出現(xiàn)。深海鉆探的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，被譽(yù)為古海洋學(xué)新學(xué)科建立的標(biāo)志。
總之，深海鉆探和大洋鉆探35年來在全球各大洋鉆井近3000口，證實(shí)了板塊構(gòu)造學(xué)說，創(chuàng)立了古海洋學(xué)，把地質(zhì)學(xué)從陸地?cái)U(kuò)展到全球，導(dǎo)致地球科學(xué)一場真正的革命，改變了固體地球科學(xué)幾乎每一個分支的發(fā)展軌跡。
①確實(shí)，一些地球環(huán)境的歷史變化，沒有深海海底的鉆探取樣，是可能發(fā)現(xiàn)不了的。
②到533萬年前海面上升，與大西洋的通道恢復(fù)時，“地中海鹽度危機(jī)”便告結(jié)束，大西洋水又呈瀑布狀瀉入地中海。
③現(xiàn)在查明，由于地中海四面被陸地包圍，只以水深300米的直布羅陀海峽與地中海連通，一旦構(gòu)造運(yùn)動將通道鎖閉，地中海便變?yōu)橐粋€巨型蒸發(fā)鹽湖。
④20世紀(jì)70年代初地中海的深海鉆探，發(fā)現(xiàn)了二三千米厚的巖鹽、石膏層。
⑤這類蒸發(fā)巖應(yīng)當(dāng)是干旱地區(qū)的產(chǎn)物，地中?，F(xiàn)在水深可達(dá)5000米，面積相當(dāng)于黃海、渤海、東海總和的兩倍，居然出現(xiàn)沙漠環(huán)境下的巖層，成為轟動一時的科學(xué)新聞。
⑥距今596萬年前開始，相當(dāng)于全大洋6%的鹽分在這里沉淀形成巨厚的蒸發(fā)巖層。
我們常說的滄海桑田是一個緩慢的過程，現(xiàn)在看來這一類超出常識范圍的災(zāi)變事件，地質(zhì)歷史上也（）?，F(xiàn)在水深超過2000米的黑海，也只有20多米水深的海峽與地中海相通。近200萬年來黑海基本上是個大湖，大約一萬年前湖面低于地中海近百米，但隨著冰蓋消融、洋面上升，到7000多年前地中海海面上升，突破博斯普羅斯海峽涌入黑海，突然造成災(zāi)難性洪水事件，最近科學(xué)家考證，認(rèn)為這就是圣經(jīng)里“諾亞方舟”故事的原型。
上述災(zāi)變屬于區(qū)域性事件，深海鉆探還發(fā)現(xiàn)了規(guī)模更大的全球性巨變。6億年前，地球的兩極大部分時間并沒有冰層覆蓋，像現(xiàn)在這樣南北兩極都有冰蓋是絕無僅有的特殊時期。和現(xiàn)在反差最大的，是一億年前恐龍盛行時的地球。當(dāng)時，高緯度區(qū)的溫度比現(xiàn)在高出15°C，大氣CO₂濃度至少比現(xiàn)在高3倍，出現(xiàn)了幾百萬年大洋底部缺氧的現(xiàn)象，在洋底發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)大量堆積，在中東是石油的形成期。
距今最近的環(huán)境巨變，是兩萬年前的冰期，當(dāng)時整個加拿大，美國和西歐的北部，全都壓在幾千米的冰蓋之下。為什么會出現(xiàn)冰期？這種冰期還會不會再來？什么時候再來？一直是學(xué)術(shù)界必須回答的問題?，F(xiàn)在已經(jīng)明白：100年前阿爾卑斯山發(fā)現(xiàn)的幾次大冰期、50年前太平洋沉積中碳酸鹽含量的旋回，其實(shí)都是地球運(yùn)行軌道幾何形態(tài)變化。氣候軌道驅(qū)動的發(fā)現(xiàn)和證實(shí)，是20世紀(jì)地球科學(xué)最輝煌的成就之一；軌道周期在世界各大洋地層中的對應(yīng)性，為地質(zhì)時期的紀(jì)年提供了天文學(xué)的標(biāo)尺。但后來又發(fā)現(xiàn)，極地冰芯氣泡反映的大氣CO₂濃度，和深海沉積中氧同位素反映的冰蓋消長，都和地球軌道呈現(xiàn)同樣的周期現(xiàn)象。軌道周期如何能造成CO₂的變化？在冰期旋回中，究竟是高緯度冰蓋的物理變化，還是低緯區(qū)碳循環(huán)的化學(xué)變化起著主導(dǎo)作用？這正是大洋鉆探當(dāng)前面臨的課題。
1999年春，由我國科學(xué)家建議、設(shè)計(jì)和主持的南海大洋鉆探，鉆井17口、取芯5000米，實(shí)現(xiàn)了中國海深海科學(xué)鉆探零的突破，首次取得了2300萬年氣候旋回的深海連續(xù)記錄，其中一個重要成果，就是發(fā)現(xiàn)了40～50萬年大洋碳儲庫的長周期變化，為探索熱帶碳循環(huán)在氣候軌道周期中的作用提出了新認(rèn)識。

大洋鉆探：揭示地球環(huán)境的歷史檔案
為了解自己生存環(huán)境的變化，人類對地球的視野不但要在空間上拓寬，也需要在時間上擴(kuò)展。地球的環(huán)境演變，在不同場合留下了各種各樣的“歷史檔案”，惟獨(dú)在深海沉積中留下的最為連續(xù)、最為全面。對深海大規(guī)模的系統(tǒng)研究開始于1968年的深海鉆探計(jì)劃。“深海鉆探”、“大洋鉆探”和“綜合大洋鉆探”深海研究的三部曲，是國際地球科學(xué)歷時最長、規(guī)模最大，也是成績最為突出的合作研究計(jì)劃。前面說到的“板塊”理論，正是DSDP在大西洋洋底的鉆探取樣和測年分析，發(fā)現(xiàn)從大洋中脊向兩側(cè)的玄武巖基底年齡越來越老，為洋底擴(kuò)張的假說提供了決定性的證據(jù)。30年前在南大洋的鉆探，發(fā)現(xiàn)澳洲和南美洲是在二三千萬年前才完全離開南極大陸的，于是南大洋形成環(huán)南極洋流，造成南極的“熱隔離”，結(jié)果導(dǎo)致南極冰蓋的出現(xiàn)。深海鉆探的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，被譽(yù)為古海洋學(xué)新學(xué)科建立的標(biāo)志。
總之，深海鉆探和大洋鉆探35年來在全球各大洋鉆井近3000口，證實(shí)了板塊構(gòu)造學(xué)說，創(chuàng)立了古海洋學(xué)，把地質(zhì)學(xué)從陸地?cái)U(kuò)展到全球，導(dǎo)致地球科學(xué)一場真正的革命，改變了固體地球科學(xué)幾乎每一個分支的發(fā)展軌跡。
①確實(shí)，一些地球環(huán)境的歷史變化，沒有深海海底的鉆探取樣，是可能發(fā)現(xiàn)不了的。
②到533萬年前海面上升，與大西洋的通道恢復(fù)時，“地中海鹽度危機(jī)”便告結(jié)束，大西洋水又呈瀑布狀瀉入地中海。
③現(xiàn)在查明，由于地中海四面被陸地包圍，只以水深300米的直布羅陀海峽與地中海連通，一旦構(gòu)造運(yùn)動將通道鎖閉，地中海便變?yōu)橐粋€巨型蒸發(fā)鹽湖。
④20世紀(jì)70年代初地中海的深海鉆探，發(fā)現(xiàn)了二三千米厚的巖鹽、石膏層。
⑤這類蒸發(fā)巖應(yīng)當(dāng)是干旱地區(qū)的產(chǎn)物，地中?，F(xiàn)在水深可達(dá)5000米，面積相當(dāng)于黃海、渤海、東?？偤偷膬杀?，居然出現(xiàn)沙漠環(huán)境下的巖層，成為轟動一時的科學(xué)新聞。
⑥距今596萬年前開始，相當(dāng)于全大洋6%的鹽分在這里沉淀形成巨厚的蒸發(fā)巖層。
我們常說的滄海桑田是一個緩慢的過程，現(xiàn)在看來這一類超出常識范圍的災(zāi)變事件，地質(zhì)歷史上也（）?，F(xiàn)在水深超過2000米的黑海，也只有20多米水深的海峽與地中海相通。近200萬年來黑?；旧鲜莻€大湖，大約一萬年前湖面低于地中海近百米，但隨著冰蓋消融、洋面上升，到7000多年前地中海海面上升，突破博斯普羅斯海峽涌入黑海，突然造成災(zāi)難性洪水事件，最近科學(xué)家考證，認(rèn)為這就是圣經(jīng)里“諾亞方舟”故事的原型。
上述災(zāi)變屬于區(qū)域性事件，深海鉆探還發(fā)現(xiàn)了規(guī)模更大的全球性巨變。6億年前，地球的兩極大部分時間并沒有冰層覆蓋，像現(xiàn)在這樣南北兩極都有冰蓋是絕無僅有的特殊時期。和現(xiàn)在反差最大的，是一億年前恐龍盛行時的地球。當(dāng)時，高緯度區(qū)的溫度比現(xiàn)在高出15°C，大氣CO₂濃度至少比現(xiàn)在高3倍，出現(xiàn)了幾百萬年大洋底部缺氧的現(xiàn)象，在洋底發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)大量堆積，在中東是石油的形成期。
距今最近的環(huán)境巨變，是兩萬年前的冰期，當(dāng)時整個加拿大，美國和西歐的北部，全都壓在幾千米的冰蓋之下。為什么會出現(xiàn)冰期？這種冰期還會不會再來？什么時候再來？一直是學(xué)術(shù)界必須回答的問題?，F(xiàn)在已經(jīng)明白：100年前阿爾卑斯山發(fā)現(xiàn)的幾次大冰期、50年前太平洋沉積中碳酸鹽含量的旋回，其實(shí)都是地球運(yùn)行軌道幾何形態(tài)變化。氣候軌道驅(qū)動的發(fā)現(xiàn)和證實(shí)，是20世紀(jì)地球科學(xué)最輝煌的成就之一；軌道周期在世界各大洋地層中的對應(yīng)性，為地質(zhì)時期的紀(jì)年提供了天文學(xué)的標(biāo)尺。但后來又發(fā)現(xiàn)，極地冰芯氣泡反映的大氣CO₂濃度，和深海沉積中氧同位素反映的冰蓋消長，都和地球軌道呈現(xiàn)同樣的周期現(xiàn)象。軌道周期如何能造成CO₂的變化？在冰期旋回中，究竟是高緯度冰蓋的物理變化，還是低緯區(qū)碳循環(huán)的化學(xué)變化起著主導(dǎo)作用？這正是大洋鉆探當(dāng)前面臨的課題。
1999年春，由我國科學(xué)家建議、設(shè)計(jì)和主持的南海大洋鉆探，鉆井17口、取芯5000米，實(shí)現(xiàn)了中國海深?？茖W(xué)鉆探零的突破，首次取得了2300萬年氣候旋回的深海連續(xù)記錄，其中一個重要成果，就是發(fā)現(xiàn)了40～50萬年大洋碳儲庫的長周期變化，為探索熱帶碳循環(huán)在氣候軌道周期中的作用提出了新認(rèn)識。