八年沉潛，光耀全球
——跟著“南海深部計劃”走近南海生命史

海孕育了生命，也匯通著世界，更是一片蘊藏“寶藏”的深藍。在這顆21世紀的藍色星球上，人類正不遺余力地探索、開發以及爭奪著海洋資源。而當前中國的經濟已發展成為高度依賴海洋的外向型經濟，我們對這片深藍有著無比的渴求。2012年12月，中共十八大提出了“海洋強國”戰略：我們要提高海洋資源開發能力，發展海洋經濟，保護海洋生態環境，堅決維護國家海洋權益，建設海洋強國。而在這一戰略提出的前一年，我們啟動了“南海深部計劃”。

南海，四千里縱貫南北，兩千里橫跨東西，它的自然海域面積約為350萬平方公里，其中中國領海總面積達到了約210萬平方公里，是我國近海中面積最大、水深最深的海區。它油氣礦產資源豐饒，也吞吐著磅礴的海洋能量，是港口航運的聚集場，也是珊瑚礁等熱帶生態系統的分布區。與此同時，當我們站在科學研究的角度去俯瞰那片集中了全球75%邊緣海盆地的西太平洋時，里面的南海就如同皇冠上的明珠般璀璨奪目，因為它作為我國三大邊緣海之一，是西太平洋中規模最大、最具有代表性的邊緣海盆地。而就眼下來說，無論是我們對它集中在周邊的淺層開發，還是整個科學界對于它深層機理的揣測，都不足夠幫助人類真正揭開南海深部的奧秘。

始于2011，收官于2018的“南海深部計劃”，其“野心”就是要把南海最深處的秘密探個明白。它的全名叫“南海深海過程演變”重大研究計劃，是國家自然科學基金重大研究計劃，也是我國海洋領域第一個大型基礎研究計劃，總共立項60個（重點51項，培育9項），全國參加單位32個，參與人員700多人次。該計劃旨在采用一系列新技術探測海盆，揭示南海的深海過程及其演變，再造邊緣海的“生命史”，從而為邊緣海的演變樹立起系統研究的典范。

這一大計劃的功勛科學家們，在八年沉潛之后，也走入了公眾的視野。2019年8月14日，“南海深部計劃”指導專家組組長、中科院院士汪品先領銜一眾深海研究科學家齊聚同濟大學“南海深部計劃成果匯報會”，將八年來的重大研究成果展示給公眾。因為是面向社會，面向媒體，匯報會上的科學家們都拿出了做科普的本領，將精心選出的具備傳播潛質的成果以故事化的表達呈現并解讀給大家。這些故事圍繞深海盆的形成演變、深海沉積以及海水的生物地球化學系統三個主題展開，它們也是“南海深部計劃”的三大組成部分。正如汪院士所說，南海深部計劃的設計是通過多學科的共同探索解剖一只“麻雀”，從三方面揭示一個邊緣海的“生命史”：深海盆的形成演變為其“骨”，深海沉積及所含的環境信息為其“肉”，海水的生物地球化學系統為其“血”（圖1）。

跟隨著這些科學家們的講述，我們穿過了幾千萬年的浩瀚海洋史，驚嘆于當代中國科研人在南海深處所再現出的那些壯闊與奇偉。其中最令人嘆服的科研成果無疑是在南海的海盆成因與氣候演變這兩方面所取得的顛覆性進展以及水碳循環方面所做的先驅性工作。

南海不是“小大西洋”

海洋之“骨”在海盆，海盆源于陸地裂谷，而研究的標準就在大西洋。南海的海盆成因，也就是20世紀80年代以來一直占據主流的歐美學派所認為的：南海就是小了一號的大西洋，它倆的海盆成因并無二致，都是地幔巖石圈在長期拉張之下變弱，然后破裂，涌出巖漿冷凝成玄武巖，化作大洋地殼。這一口碑扎實的歐美系理論需要一個扎實的實證支持：大洋和大陸地殼的連接處要有長期削蝕的地幔巖。但在“南海深部計劃”之前的學術界，還沒有鉆井能達到那個深度去獲得最有力的證據。

南海深部計劃的團隊通過國際競爭，在2017到2018年間爭取到了367/368/368X三個航次的南海大洋鉆探，檢驗了大西洋模型的普適性。鉆探所得的結果出人意料，科學家們鉆出了玄武巖，而非地幔巖（圖2）。他們還發現大陸巖石圈張裂之初就有玄武巖涌出，很快就轉到海底擴張并形成了大洋地殼。這些發現都足以推翻南海是“小大西洋”的理論。

圖1 南海深部研究計劃的三大組成部分

圖2 南海大洋鉆探結果否定了原有假設：洋陸過渡帶基底并非蛇紋巖化的地幔巖。下方為按照大西洋模式剖面解釋的示意圖，左上方為鉆探揭示的基底巖性

最后的結論就是大西洋和南海有著兩種完全不同的巖石圈：大西洋張裂的是超級大陸內部堅固的巖石圈，南海張裂的卻是在太平洋板塊俯沖帶相對軟弱的巖石圈。乍一聽略有所似，其實是兩種根本不同的海盆形成機制，前者是“板內裂谷”，后者是“板緣裂谷”。

氣候演變“低緯驅動”

人類對氣候演變的研究起步于大冰期的發現，而20世紀地球科學的重大發現之一就是地球運行軌道的微小變化就能造成冰期旋回。這一發現讓人們可以用北半球高緯度地區受到的太陽輻射量變化，成功解釋近百萬年來冰蓋漲縮的周期性，而冰蓋漲縮變化又通過北大西洋深層水的形成，引領著全球的氣候變化。由此產生的深海沉積氧同位素曲線，已經成為全大洋地層年齡對比的標準。

但是1999年的大洋鉆探，卻在南海沉積速率最高的一口井中發現它的沉積氧同位素曲線偏離了全球標準（圖3），按傳統觀點這屬于地層記錄不全。但是在經過了對這些南海之“肉”的多項精確測試分析和其他鉆孔的反復比較后，科學家們發現這種偏離是季風區域的共同特點，地層并不缺失。這種季風區氣候周期的特點反映了太陽輻射量在低緯地區的周期變化。于是他們基于南海的研究提出了氣候演變的“低緯驅動”觀點，指出高緯區冰蓋大小的變化和低緯區季風降雨的變化，其驅動力的周期性有所不同，換句話說就是低緯區降水周期的變化并不由高緯冰蓋決定。

其實太陽輻射量集中在低緯區，低緯過程是氣候干濕、旱澇災害的源頭，但長期以來不受重視，人們的注意力集中在北半球的高緯冰蓋上。南海研究還進一步表明：低緯海區更大的變化不在表層、而在于次表層水；軌道周期不但有萬年等級的冰期旋回，還有40萬年季風氣候的長周期，當前的地球就處在長周期的低谷期，在全球氣候變化的長期預測中應當注意這一點。

水與碳的循環

與前兩個在南海的“骨”與“肉”里鉆探出的顛覆性成果并列的，是對南海的“血”的“首次造訪”。世界上的邊緣海很多，但目前僅有南海深水海盆地中的水、碳循環由“南海深部計劃”集中進行了首次系統觀測研究。太平洋深部的水通過2 600米深的巴士海峽進入南海，造成了南海的“深水瀑布”和三層環流結構，通過實測和模擬的結合，研究者們對大洋和大陸因素的相互作用取得了較為系統的認識。另一方面，他們也在碳循環研究方面取得突出成果，從南海提出的微生物碳泵，已經成為全球大洋碳循環研究的熱點之一；而碳、氮循環相互關系的成果，也給國際上該領域的研究帶來了不小的影響。

深潛南海之底

除了上述的三大成果，“南海深部計劃”在這八年里還取得了很多其他富有前沿性的成果，讓我們眼中的南海深處變得清晰與明亮。讓我們再次跟隨著鉆探船鉆入南海之底。

圖3 最近30萬年的兩類海洋氧同位素曲線。A.南海表層水； B.大洋底層水。箭頭提示兩者的顯著差異

圖4 南海北部深潛航次圖片

南海形成的關鍵在于它那片中央水深4 000多米、面積46萬平方公里的玄武巖海底。是什么時候有巖漿從地幔噴出，造就南海盆地的呢？在“南海深部計劃”執行之前，整個學術界對此缺乏直接證據，所以研究者們的觀點無法統一。

2014年，大洋鉆探349航次在南海4 000多米水深的海盆內，在三個站位利用深鉆取回了玄武巖，測試結果顯示東部海盆（約3 300萬年前形成）先于西部海盆（約2 300萬年前形成）形成；之后進行的深部地球物理探測發現南海的玄武巖海底已經有一大片向東俯沖到了菲律賓群島下面。據此，可以判斷南海的形成是從東往西推進的，而1 000多萬年前的南海比現在幾乎大一倍。

我們再把目光投向它的深部海流。為了揭示南海深部海流的流動方式，科學家們采用了目前唯一可行的辦法——投放錨系進行實測。經過歷時多年的數百次深海潛標實測，證實南海具有逆時針方向的西部深邊界流。

再來看一看海底的深海過程。多年前人們就發現了海底存在水合物和冷泉生物群。而現在，通過多次深潛航次，人們有了更多神奇的發現（圖4），包括深海海山上成片的錳結核、海底的古熱液活動、西沙深處和深海海山上大片的冷水珊瑚林等。其中冷水珊瑚林的發現在東南亞海域尚屬首次。

結合近年來海底高分辨率地形制圖揭示的泥火山、麻坑、海溝等復雜地形，南海深部的一派活躍景象呈現在眼前：在通盤漆黑的深海海底，有著自上而下、自下而上的雙向物質流和能量流，而海底的沉積礦物，與生命活動還存在著相互作用。

交融與變通，在南海的不同凡響

如果要找一個詞語來形容“南海深部計劃”的科學研究特色，用“多元交融”毫不為過。

一方面，它的多元在于眾多學科在南海大計劃中的交叉碰撞。南海深部研究的龐雜讓科學在客觀上跨越了古今界限、海陸界限、地球和生命科學的界限，讓科學家們在主觀上跨界合作，追求共同的答案。一些新的認識，如碳循環長周期的“溶解有機碳假說”就是在這樣的“跨界”中迸發的火花。這八年的學科交叉使得該領域形成了多學科門類、跨時空尺度的研究隊伍，為我國海洋科學帶來了新意。

另一方面，它的交融也體現在卓有成效的國際合作上。不論是大洋鉆探還是室內分析，抑或是“全球季風”等新概念的推進，研究中的諸多重要環節都匯聚了國際合作者們的共同努力。與此同時，整個研究計劃始終明確貫穿著一個以我為主的特點。可以毫不含糊地說：南海深部取得的科學進展，是在中國科學界主持下取得的，中國也就此掌握了南海科學上的主導權。

除了多元交融的研究特色，整個團隊在探索過程中所展現的銳意進取的態度和敢想敢打的“變通”，也值得大書特書。以深海盆成因的研究為例，團隊原計劃是探索“海底擴張的年代與過程”，可結果卻拓展到了追溯大陸巖石圈的破裂，從“確定年齡”變為“探索原因”，從“海底擴張”變為“大陸破裂”，這種“變通”帶來的驚喜超乎想象，驚喜到重構了南海的海盆形成理論。

抓住有利時機，及時修改計劃，提升科學目標，“變通”之源其實就是科研團隊強大的探索決心與熱情，在強大主觀能動性的驅動下，所有成員都可以專注與“沉潛”，這份專注讓他們擁有了高度的敏銳和應變，那么“變通”也就順理成章，而其結果就是學術上的突破。發現國際通用模型并不適用于南海，于是提出了邊緣海張裂的全球性新概念；發現南海的古氣候記錄并不符合高緯度地區決定全球氣候的傳統觀念，于是提出了“氣候演變的低緯驅動”概念；既然蛟龍號和深海勇士號國產深潛器下水了，那就把“深潛”這個本不見于立項任務書的工作添加到計劃中。

立足南海，放眼全球

“南海深部計劃”取得的許多進展使中國占據了南海研究的領先身位，一些重大突破甚至挑戰了歐美學界的老傳統。這看起來是我們中國自然科學轉型的一聲前哨。我們的科學需要轉型，從單一的原料輸出轉型為具備自主深加工的能力，從“緊跟”轉型為“挑戰”。

而西方學術圈的那些傳統觀點也提醒著我們，在地球科學這樣具有區域性的學科里，我們應當以南海為“抓手”，力爭建立自己的學派。立足南海，放眼全球，我們可以努力使南海成為海洋科學基礎研究的國際實驗室，成為深海研究的基地。依托它去揭示一系列基本過程，去形成并驗證一系列假說，去揭開西太平洋邊緣海之謎，讓南海成為國際邊緣海研究的典范。