“國際大洋發現計劃”追求的八個發現

安利

自20世紀60年代起，國際地球科學界相繼開展了“深海鉆探計劃”（DSDP，1968～1983）、“大洋鉆探計劃”（ODP，1983～2003）和“綜合大洋鉆探計劃”（IODP，2003～2013），已在地球科學研究領域取得累累碩果。從2013年開始，多國科學家又開始實施為期10年的“國際大洋發現計劃”（同樣簡稱IODP）。現階段科考的主要方式是用美國“決心”號科學鉆探船，鉆取深海海底的巖芯和沉積層樣品。那么，新一輪的IODP計劃將主要尋求在哪些領域獲得突破呢？

1.地球氣候系統會對大氣二氧化碳濃度

升高做出怎樣的反應？

以往的海洋科學鉆探研究已證實了過去1億年地球氣候的劇烈變化，所獲得的數據能夠判斷過去的氣候及環境狀況，這對于人們理解近期氣候變化和預測未來氣候變化有重要幫助。但是，過去幾十年北部高緯度地區的加速變暖導致北極海岸、格陵蘭及南極西部地區的夏季海冰覆蓋面積大幅減少，其變化速度比氣候模型所預測的快得多，這說明現有模型可能低估了極地溫度變化，高估了熱帶溫度的變化。二氧化碳濃度和輻射力呈對數函數關系，二氧化碳濃度極小的變化就能引起氣溫變化，尤其二氧化碳最初的濃度很小時表現更加強烈。為了更好地揭示地球系統在過去全球變暖時期的變化行為，一個高水平的鉆探是必需的，所獲得的數據可以重現海洋表層及深海的溫度、海洋環流、營養分布、海洋生產力及古二氧化碳水平。

2.深海生物群落的組成、起源和

生物化學機制是什么？

以往的鉆探研究表明，地下生物圈分布范圍廣、數量大、基因多樣性強，而且與陸地生物存在很大不同。深海鉆探是了解深海生態系統的唯一方法，通過鉆探數據人們能夠測定深海微生物群落的基本組成、形成過程和分布范圍。深海生物圈中的微生物群體會發生很多化學過程，其中包括硫酸還原作用、硝酸還原作用和碳氫化合物的生成過程，它們在礦物氧化和還原過程中發揮重要作用。

3.什么限制深海生物的生命？

探索深海中物理化學條件對生命的限制是海洋科學鉆探的前沿領域。潛在的限制因素包括溫度、壓強、pH值、鹽分、養分含量、碳、能量及含氧量等。海洋鉆探可以揭示深海環境對生物生存的限制。此外，深海微生物群落中85%的基因序列更是屬于未知，人們對其新陳代謝方式還不得而知。

4.生態系統和人類社會對環境變化

的敏感程度如何？

氣候變化、海水表面溫度上升、富營養化、缺氧、海水酸化和過度捕撈等都會影響海洋生態系統，這些環境壓力在未來幾十年內會導致更多的海洋生物滅絕。另外，由氣候變化導致的物種遷移及種間的競爭會刺激物種進化，使物種出現新的適應特性。300萬年前的上新世溫度較現在略高，海平面和大氣二氧化碳濃度也略高于現在，如果了解了那時生物對氣候變化的反應，就能應用于現時狀況。所以科學家需通過海洋鉆探更好地量化環境變化對海洋生物圈的影響。

5.地幔的組成、結構及活動狀態是怎樣的？

地幔是地球最大的化學元素儲藏庫（占地球所有元素的68%），所有的大洋地殼和大部分陸地地殼來源于地幔。因此，了解地幔變化對了解地球的進化十分重要。通過地震監測，人們推斷地殼的組成和溫度均有差異性，采用階梯式深海鉆探是研究地幔的重要手段。對原始地幔的重組能有效了解地幔的地質及地球化學形成過程。

6.俯沖帶如何產生周期性的不穩定狀態

及如何生成大陸地殼？

俯沖帶是地球表面物質與地幔物質進行交換的主要地點，這里也是地震、火山常發地區。深海溝斷層使海水滲入整個地殼，減少了地幔下部板塊的地震速率，導致地幔釋放大量的水和化合物，使地幔發生物理及化學性質的變化。地幔含有大量的各種類型的蛇紋巖，蛇紋巖擁有獨特流變學特性，它可能控制俯沖帶板塊地震的產生。

7.什么機制控制地震、火山的發生？

地震可能與水合作用和洋殼的蛇紋巖化作用有關系，隨之影響陸地構造和俯沖帶的地震形成及碳的全球循環。物質流、地球化學的進化和地殼構造對火山噴發及山崩有重大影響。近期的測地學和地震學的數據顯示，巖石圈板塊邊緣的張力滑動范圍比以往研究所認為的要大得多。然而，板塊滑動機制及板塊邊緣多種滑動類型出現的原因仍是一項研究空白。

8.什么特性和過程控制深海碳的儲存和流動？

水合沉積物對深層碳流動壓力和溫度有很大影響，水合物的分解能夠向海洋和大氣釋放大量甲烷，導致顯著的氣候變化。海洋是一個巨大的碳的儲存庫，它的上部與滲透帶聯系，底部相對較厚與海洋隔離，儲存庫中不斷地進行碳酸化與礦化作用。此外，蛇紋巖化作用及其他形式的洋殼碳酸化作用也為全球碳循環做出重大貢獻。

【責任編輯】龐 ?云