深海海溝的氣候變化故事

　　葉謙，博士，曾任中國(guó)氣象科學(xué)研究院兼職研究員、中國(guó)氣象局華風(fēng)影視集團(tuán)高級(jí)顧問(wèn)、世界氣象組織北京2008年奧運(yùn)會(huì)預(yù)報(bào)演示項(xiàng)目社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響評(píng)價(jià)課題首席科學(xué)家?，F(xiàn)任國(guó)際全球環(huán)境變化人文影響中國(guó)委員會(huì)(CNC-IHDP)副秘書長(zhǎng)、國(guó)際全球環(huán)境變化人文影響計(jì)劃(0HDP)主任特別顧問(wèn)，IHDP核心計(jì)劃綜合風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃執(zhí)行主任。研究領(lǐng)域包括：衛(wèi)星氣候?qū)W、氣候變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響以及全球變化等。
　　歷史是未來(lái)的鏡子。要對(duì)未來(lái)氣候變化有深刻的認(rèn)識(shí)，研究古氣候?yàn)榭茖W(xué)家提供了一條重要途徑。地球氣候變化具有周期性?？茖W(xué)家利用這一特性，通過(guò)尋找和分析自然界古老的遺留物，包括化石、冰芯、巖石、海洋沉積物等來(lái)了解地球的過(guò)去。但是，滄海變遷，物換星移，發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)氣候變化在地球上留下的各種痕跡，仍然是科學(xué)家在研究古氣候變化中所必須應(yīng)對(duì)的巨大挑戰(zhàn)。為此，科學(xué)家一方面不斷加深對(duì)氣候變化的理論研究，試圖更多地了解氣候系統(tǒng)的方方面面，另一方面，通過(guò)改進(jìn)探測(cè)技術(shù)，幫助科學(xué)家深入到以往人類難以到達(dá)的地區(qū)收集新證據(jù)。深海海溝就是科學(xué)家所開辟的一個(gè)新領(lǐng)域。
　　在大氣、河流和海洋運(yùn)動(dòng)的共同作用下，每年有數(shù)十億噸的泥沙流向海洋。在海底曰積月累堆積的沉積物不但包括了水生物的遺體，還有來(lái)自干陸地不同區(qū)域的大量物質(zhì)。在缺氧條件下，這些沉積物中生物化石的化學(xué)性質(zhì)得以保留，對(duì)它們進(jìn)行分析就可能揭示過(guò)去的氣候變化。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，利用海洋和湖泊沉積物分析歷史氣候變化已經(jīng)成為古氣候科學(xué)家研究的重要手段。
　　例如，一種名為有孔蟲的海洋生物當(dāng)其生命終止后就會(huì)沉人海底(圖1)?？茖W(xué)家利用不同類型的有孔蟲生活在不同溫度的水中這樣一種特性，通過(guò)對(duì)有孔蟲在不同時(shí)間不同層次累積量的分析，就可以建立起一個(gè)隨時(shí)間變化的溫度序列。
　　在地球的地質(zhì)進(jìn)化過(guò)程中，地球表面海陸分布曾經(jīng)發(fā)生過(guò)多次重大變化。巨變發(fā)生離我們最近的地質(zhì)時(shí)代是距今5 500萬(wàn)年前的古新世和始新世時(shí)代交際時(shí)期。在該時(shí)期內(nèi)，地球溫度急劇飆升。海洋學(xué)和氣候?qū)W領(lǐng)域的科學(xué)家認(rèn)為，此地質(zhì)事件發(fā)生時(shí)，氣候條件與我們目前的全球變暖過(guò)程極為相似，因此可以作為現(xiàn)代氣候變暖的一個(gè)類比。通過(guò)對(duì)該時(shí)期地球環(huán)境的分析，將有助于理解當(dāng)前氣候變化問(wèn)題。
　　上世紀(jì)80年代，1組由7個(gè)國(guó)家27名科學(xué)家組成的研究組，對(duì)日本海海底進(jìn)行了2個(gè)月的鉆探，通過(guò)分析不同層次的巖石、沙子、黏土和海洋生物化石，研究人員發(fā)現(xiàn)一些樣品中有一些富含有機(jī)物層循環(huán)出現(xiàn)。而有機(jī)層豐富時(shí)，表明大多數(shù)生活在海底的生物由于氧氣水平低而死亡增多，淺色層的出現(xiàn)則表明相關(guān)時(shí)期海底擁有豐富的氧氣，生命回歸。通過(guò)對(duì)氧氣多少交替規(guī)律的研究，科學(xué)家推演出海平面的變化和氣候冷暖變化，并構(gòu)建了1幅火山、地震、海平面變化，以及日本和亞洲大陸的古氣候模式。近年來(lái)，隨著材料科學(xué)和深海探測(cè)儀器水平的快速提高，科學(xué)家又將目光投向了還很少被人類涉足的深海海溝。而生成于6000萬(wàn)年前太平洋西部洋底的馬里亞納海溝就成為1個(gè)研究的熱點(diǎn)地區(qū)(圖2)。
　　上天入地一直是人類的夢(mèng)想。而與上天相比，入地(下海)的難度并不小。現(xiàn)代海洋探測(cè)表明，位于北太平洋西部馬里亞納群島以東的馬里亞納海溝的斐查茲海淵，最大水深約為11000米，是地球的最深點(diǎn)。馬里亞納海溝是1條洋底弧形洼地，它延伸2550千米，平均寬69千米，大部分水深在8000米以上。
　　自上世紀(jì)50年代起，英國(guó)、美國(guó)、前蘇聯(lián)、日本等國(guó)的科學(xué)家曾多次放置小型潛水器深入海中，測(cè)量馬里亞納海溝最深處的精確數(shù)值。但直到1960年，人類才使用潛艇最終抵達(dá)馬里亞納海溝最深處見(jiàn)識(shí)到海底奇觀。1960年1月23曰，美國(guó)人唐，沃爾什與瑞士人雅克，皮卡德駕駛深海潛艇完成了這一壯舉。遺憾的是，由于當(dāng)時(shí)的材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展所限，潛水器重達(dá)150噸，活動(dòng)能力非常差，在潛浮8個(gè)小時(shí)過(guò)程中，在海底僅停留了20分鐘，并且沒(méi)有留下任何影像資料。2012年3月，美國(guó)奸萊塢著名導(dǎo)演卡梅隆乘坐“深海挑戰(zhàn)者”號(hào)潛水器到達(dá)馬里亞納海溝10898米深海底，引起轟動(dòng)，成為世界上第3個(gè)到達(dá)馬里亞納海溝底部的人。但是，這些對(duì)于馬里亞納海溝的探索基本上都是以測(cè)試深海潛水器為主要目的的探險(xiǎn)活動(dòng)。
　　2012年6月下旬，我國(guó)自主設(shè)計(jì)、自主集成的深海載人潛水器——“蛟龍”號(hào)在太平洋馬里亞納海溝進(jìn)行了7000米級(jí)的多次海試，最大下潛深度達(dá)到7062米。“蛟龍”號(hào)成功突破7000米深度，證明它可以在全球99.8％的海底實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的海底航行、海底照相和攝像、沉積物和礦物取樣、生物和微生物取樣、標(biāo)志物布放、海底地形地貌測(cè)量等作業(yè)，這不但使我國(guó)擁有了世界上作業(yè)深度最深的載人潛水器，更為我國(guó)在氣候變化研究方面提供了利器。我們期待著中國(guó)科學(xué)家和海洋工程儀器工程師能夠攜手合作，為古氣候研究取得國(guó)際水平的研究成果作出貢