近? ---- 西 南 海 盆 与 中 央 海 盆 的 比 较 : 扩 张 速 率 与 方 向, 地 壳 厚 度 与 基 底 玄 武 岩 的 地 球 化 学 成 分, 上 地 幔 地 震 波 速 结 构, 地 热 场, 沉 积 充 填, 基 底 与 海 山 地 貌, 深 部 结 构, 都 有 哪 些

Transcription

1 南 海 八 大 科 学 问 题 的 进 展 南 海 深 部 计 划 研 究 边 缘 海 生 命 史, 从 深 海 盆 地 怎 样 形 成 和 深 部 过 程 怎 样 运 行 两 个 角 度, 围 绕 八 大 科 学 问 题 开 展 深 部 计 划 要 求 对 前 五 个 有 较 多 研 究 基 础 的 问 题 得 出 明 确 的 答 案, 后 三 个 比 较 新 的 问 题 取 得 突 破 性 的 进 展 现 在 看 来, 本 计 划 的 项 目 在 大 洋 钻 探 和 海 上 实 测 项 目 的 配 合 下, 已 经 取 得 相 当 明 显 的 进 展, 在 此 基 础 上 可 以 具 体 提 出 后 三 年 的 探 索 和 集 成 任 务, 点 明 准 备 在 最 终 成 果 中 显 示 的 亮 点 1 海 底 扩 张 的 年 代 与 过 程 通 过 分 析 跨 越 中 央 与 西 南 海 盆 的 深 拖 近 底 地 磁 剖 面 ( 线 资 料 ), 加 上 三 个 大 洋 钻 探 航 次 ( 点 资 料 ), 这 是 一 项 可 望 超 越 的 目 标, 当 前 的 重 点 是 要 从 年 代 转 移 到 过 程 现 在 已 经 明 确 海 底 扩 张 中 央 海 盆 在 先, 不 是 西 南 海 盆 在 先 ; 扩 张 时 间 是 到 1600 万 年 前, 不 是 2000 万 年 前 已 经 结 束 但 是 尚 未 确 定 中 央 海 盆 中 北 部 的 扩 张 是 否 3200 万 开 始, 而 东 北 次 海 盆 是 否 早 在 3700 万 年 就 开 始 扩 张 通 过 2017 年 的 IODP 钻 探, 可 望 揭 示 从 裂 谷 到 扩 张 的 转 折, 同 时 确 定 中 央 海 盆 中 北 部 海 底 扩 张 开 始 的 时 间 进 一 步 集 成 探 索 的 主 题, 是 海 底 扩 张 的 过 程, 其 中 包 括 四 点 : 1) 扩 张 速 率 和 扩 张 轴 的 变 化 : ---- 海 底 扩 张 速 度 的 变 化, 含 中 新 世 早 期 海 底 磁 异 常 与 岩 芯 的 比 较 比 如 16-23Ma 的 一 段 既 有 深 拖 近 底 磁 测, 又 有 ODP 1148 岩 芯 的 古 地 磁 记 录, 可 否 求 取 海 底 扩 张 速 率 的 变 化, 及 其 和 沉 积 速 率 磁 场 变 化 的 关 系? ---- 扩 张 轴 的 变 化, 指 海 底 地 形 磁 异 常 和 地 震 剖 面 相 结 合 的 研 究 三 十 年 前 Poutot 等 (Science,1986) 就 用 地 形 推 论 过 南 海 扩 张 轴 的 演 变, 丰 富 的 新 资 料 是 不 是 能 为 我 们 带 来 新 观 点? 2) 西 南 海 盆 与 中 央 海 盆 的 关 系 : ---- 西 南 海 盆 的 成 因 : 是 中 央 海 盆 的 向 西 扩 展 (propagation), 还 是 另 一 种 机 制 另 一 个 过 程? 西 南 海 盆 在 23Ma 左 右 形 成, 有 什 么 大 区 域 的 背 景? 西 南 海 盆 比 中 央 海 盆 推 迟 打 开 若 干 百 万 年, 但 两 个 海 盆 的 停 止 扩 张 时 间 为 何 却 比 较 相 1

2 近? ---- 西 南 海 盆 与 中 央 海 盆 的 比 较 : 扩 张 速 率 与 方 向, 地 壳 厚 度 与 基 底 玄 武 岩 的 地 球 化 学 成 分, 上 地 幔 地 震 波 速 结 构, 地 热 场, 沉 积 充 填, 基 底 与 海 山 地 貌, 深 部 结 构, 都 有 哪 些 差 异? 3) 深 海 盆 的 深 部 结 构 : ---- 深 部 地 震 实 验 揭 示 出 的 深 部 特 征 ( 体 的 资 料 ): 根 据 南 海 北 部 抬 升 的 莫 霍 面, 推 测 南 海 北 部 裂 谷 过 程 中 发 育 拆 离 断 层, 在 西 南 次 海 盆 洋 中 脊 附 近 也 发 现 了 可 能 的 拆 离 断 层, 但 为 何 在 中 央 次 海 盆 洋 中 脊 至 今 未 发 现? 岩 石 圈 内 发 现 的 低 速 体 与 马 尼 拉 俯 冲 带 结 构 的 关 系 如 何? 海 南 地 幔 柱 的 深 部 地 球 物 理 证 据 与 地 球 化 学 证 据 如 何 融 合 : 地 幔 柱 多 深, 影 响 范 围 多 宽, 同 样 观 测 是 否 有 其 他 解 释? ---- 南 海 板 块 俯 冲 的 性 质 : 如 何 从 马 尼 拉 海 沟 的 地 球 物 理 与 沉 积 资 料 里, 解 译 出 南 海 俯 冲 的 信 息? 沿 着 马 尼 拉 海 沟 俯 冲 变 化 明 显, 如 何 与 俯 冲 南 海 板 块 性 质 ( 比 如 正 常 海 壳 海 山 减 薄 的 大 陆 地 壳 等 ) 相 关? 海 山 俯 冲 对 马 尼 拉 俯 冲 带 上 地 震 耦 合 机 制 火 山 等 会 有 什 么 地 质 后 果? 4) 边 缘 海 形 成 的 启 动 机 制 : ---- 从 裂 谷 到 扩 张 的 动 力 机 制 : 作 为 非 火 山 型 的 被 动 大 陆 边 缘, 与 大 西 洋 伊 比 利 亚 大 陆 边 缘 的 张 裂 机 制 有 何 异 同? 蛇 纹 石 化 对 南 海 裂 谷 形 成 的 作 用 是 什 么? 如 何 结 合 IODP 367/368 钻 探 航 次 进 行 探 索? ---- 边 缘 海 的 构 造 发 育 受 周 围 大 型 构 造 单 元 控 制, 南 海 两 大 盆 地 的 张 裂 到 中 止 以 至 于 俯 冲, 是 受 哪 些 周 围 构 造 的 影 响? 如 何 结 合 南 海 海 盆 的 新 资 料 与 南 部 巴 拉 望 与 东 部 吕 宋 群 岛 的 陆 地 约 束 进 行 综 合 研 究? 2 海 山 链 岩 浆 活 动 时 间 与 原 因 海 山 和 基 底 玄 武 岩 的 分 析, 是 我 国 大 洋 岩 石 圈 原 位 研 究 的 良 好 开 端, 也 是 世 界 边 缘 海 盆 地 岩 浆 作 用 少 有 的 专 题 探 索 尽 管 南 海 南 端 还 有 上 新 世 的 花 岗 岩, 南 海 北 部 的 新 生 代 只 有 基 性 岩 浆 作 用, 包 括 海 底 扩 张 和 海 山 两 类 玄 武 岩 现 在 海 山 和 基 底 玄 武 岩 都 取 到 了 样 作 了 分 析 其 中 IODP 349 航 次 发 现 了 大 套 火 山 碎 屑 岩, 可 望 通 过 大 洋 钻 探 和 海 山 取 芯 的 结 合, 取 得 海 山 形 成 的 新 认 识 2

3 1) 基 底 玄 武 岩 : ---- 与 大 洋 的 中 脊 玄 武 岩 相 比, 南 海 的 基 底 玄 武 岩 在 地 幔 源 成 分 上 地 幔 熔 融 程 度 岩 浆 房 结 晶 过 程 等 有 哪 些 不 同? 是 否 可 以 看 成 是 边 缘 海 与 大 洋 被 动 边 缘 的 差 异, 即 洋 壳 和 海 壳 的 差 异? ---- 中 央 和 西 南 海 盆 的 基 底 玄 武 岩, 是 否 来 自 不 同 区 域 的 地 幔? 为 何 中 央 海 盆 基 岩 为 正 常 洋 中 脊 玄 武 岩 (N-MORB) 而 西 南 次 海 盆 为 富 集 洋 中 脊 玄 武 岩 (E- MORB)? 是 否 反 映 不 同 深 部 地 幔 源 区 与 周 边 不 同 板 块 熔 融 的 影 响? ---- IODP 349 航 次 发 现 基 底 玄 武 岩 有 多 层 次 出 现 的 现 象, 如 何 理 解? 是 熔 岩 流 还 是 岩 床 (sill)? 钻 探 取 得 的 基 底 玄 武 岩 样 本 是 否 分 别 代 表 了 中 央 与 西 南 次 海 盆 扩 张 停 止 时 所 产 生 的 最 后 岩 浆 的 成 分? 2) 海 山 玄 武 岩 : ---- 南 海 海 山 链 的 形 成, 到 底 有 几 期? 海 山 形 成 的 时 间 与 空 间 分 布 有 何 系 统 性 的 规 律? 大 洋 钻 探 揭 示 出 中 晚 中 新 世 有 大 套 的 火 山 角 砾 与 砂 岩, 是 否 就 是 南 海 形 成 海 山 链 的 同 期 产 物? ---- 产 生 海 山 玄 武 岩 的 机 制 是 什 么? 是 与 海 底 扩 张 的 残 留 岩 浆 相 关, 还 是 与 地 幔 物 质 的 不 均 匀 性 相 关 ( 比 如 地 幔 热 异 常 水 与 挥 发 性 物 质 含 量 岩 石 圈 裂 缝 等 )? 海 山 形 成 与 南 海 的 俯 冲 关 系 如 何? 3 深 海 沉 积 过 程 对 海 盆 演 变 的 响 应 能 源 开 发 科 学 考 察 和 大 洋 钻 探, 对 于 南 海 的 深 海 沉 积 取 得 了 巨 量 的 地 质 和 地 球 物 理 资 料, 为 揭 示 南 海 生 命 史 中 的 骨 肉 关 系 创 造 了 前 提 尽 管 这 是 大 计 划 立 项 题 目 最 多 的 一 个, 也 是 南 海 生 命 史 故 事 主 要 情 节 之 所 在, 但 现 在 基 本 上 还 是 分 散 的 文 章 和 数 据, 当 务 之 急 是 要 通 过 构 造 与 沉 积 古 海 洋 学 相 结 合 的 研 究, 集 中 回 答 几 个 关 键 性 的 重 大 问 题 1) 寻 找 已 经 消 失 的 南 海 : 有 两 个 : 一 是 最 早 的 南 海 盆 地 张 裂 前, 渐 新 世 以 前 的 海 ; 一 是 已 经 俯 冲 到 菲 律 宾 板 块 底 下 的 大 南 海 ---- 南 海 的 海 从 何 时 开 始? 北 部 最 早 见 到 的 海 相 地 层 是 侏 罗 / 白 垩 纪, 但 这 是 古 南 海 还 是 特 提 斯? 关 系 更 密 切 的 是 新 生 代 早 期, 古 新 始 新 世 海 相 地 层 的 踪 迹 是 不 是 海 底 扩 张 以 前 就 有 海 水? 既 然 1148 井 早 渐 新 世 就 是 深 海 沉 积, 3

4 南 海 的 深 海 盆 应 从 何 时 开 始? 在 IODP 367/368 取 得 新 进 展 之 前, 需 要 根 据 现 有 资 料 提 出 预 测 方 案 ---- 现 在 知 道 南 海 盆 地 由 东 向 西 张 裂, 而 当 时 的 大 南 海 现 在 只 剩 西 部, 其 东 部 随 着 菲 律 宾 海 板 块 的 旋 转 北 上, 已 经 俯 冲 在 马 尼 拉 海 沟 之 下 如 何 通 过 地 球 物 理 手 段 在 马 尼 拉 海 沟 之 下 看 到 俯 冲 板 片 的 踪 迹, 如 何 通 过 马 尼 拉 俯 冲 带 地 幔 楔 重 新 熔 融 的 火 山 的 地 球 化 学 成 分 来 研 究 俯 冲 板 片 的 性 质, 如 何 通 过 沉 积 物 的 源 区 分 析, 看 到 大 南 海 东 边 的 物 源 区? 2) 破 裂 不 整 合 和 23.5Ma 事 件 : ---- 南 海 的 不 整 合 有 33Ma,23Ma,16Ma,10Ma 等 多 处, 被 说 成 海 盆 张 裂 时 破 裂 不 整 合 的 也 有 多 次, 但 缺 乏 明 确 的 定 义 如 果 真 有 多 次 破 裂 不 整 合, 有 两 种 可 能 : 一 是 时 侵, 各 地 不 同 时 ; 一 是 先 后, 先 有 大 陆 壳 破 裂, 后 有 大 陆 地 幔 破 裂 哪 一 种 正 确? ---- 渐 新 / 中 新 之 交 的 23.5Ma 事 件, 在 南 海 北 部 普 遍 呈 现 这 是 1148 井 三 千 万 年 记 录 中 最 强 的 一 次 构 造 变 动, 不 仅 含 有 多 次 地 层 缺 失 还 有 下 伏 地 层 的 轻 度 变 质 ;23.5Ma 事 件 之 后 南 海 北 部 陆 源 沉 积 减 少 碳 酸 盐 台 地 发 育, 南 海 进 入 自 己 的 新 阶 段 同 时 在 南 海 以 外, 有 广 泛 的 构 造 和 环 境 巨 变 的 证 据 这 是 个 什 么 事 件? 源 头 在 哪 里? 3) 构 造 变 动 的 古 海 洋 学 响 应 : ---- 马 尼 拉 海 沟 和 巴 士 海 峡 的 形 成, 使 南 海 从 开 放 型 变 为 半 封 闭, 深 层 水 与 太 平 洋 的 交 换 受 到 限 制, 这 种 变 化 有 哪 些 古 海 洋 学 的 证 据? 近 来 提 出 中 中 新 世 以 来 台 湾 的 弧 陆 碰 撞 改 变 巴 士 海 峡 通 道, 造 成 了 深 层 水 5 次 δ 13 C 负 漂 移 (Chen et al., 2015), 在 古 生 物 和 地 球 化 学 记 录 中, 这 类 事 件 还 有 多 少 相 似 的 证 据? 能 不 能 与 太 平 洋 的 古 海 洋 记 录 相 衔 接? ---- 南 海 中 新 世 时 期 强 烈 的 火 山 活 动, 在 古 海 洋 学 记 录 上 有 什 么 反 映? 上 述 的 地 层 不 整 合 事 件, 对 古 海 洋 水 文 和 化 石 群 有 什 么 影 响? ---- 粘 土 矿 物 和 地 球 化 学 标 志 指 示 冰 期 旋 回 中 深 海 沉 积 有 物 源 变 化, 反 映 海 流 也 有 变 化 南 海 海 盆 发 育 中 的 构 造 运 动, 深 海 盆 地 的 海 山 形 成, 必 然 造 成 表 层 和 深 层 海 流 格 局 的 改 组, 有 哪 些 沉 积 物 源 或 者 水 道 变 化 的 证 据, 能 证 明 这 种 改 组? 4) 南 海 南 部 构 造 变 动 和 古 海 洋 学 的 连 接 4

5 南 海 南 部 是 大 计 划 的 薄 弱 环 节, 需 要 通 过 周 边 地 质 和 国 际 合 作, 着 重 围 绕 古 南 海 和 古 巽 他 河 两 大 主 题 进 行 集 成 ---- 古 南 海 存 在 的 年 代 性 质 及 其 消 亡, 有 待 对 周 边 岛 屿 地 质 资 料 的 汇 总 和 补 充 分 析 的 基 础 上, 提 出 新 的 构 造 模 型 及 其 古 海 洋 学 的 反 映 ---- 南 海 南 部 的 深 水 通 道, 可 能 要 到 上 新 世 方 才 关 闭 推 测 在 婆 罗 洲 旋 转 以 后 形 成 巽 他 陆 架, 出 现 古 巽 他 河 系, 进 而 影 响 南 海 南 部 的 海 洋 环 境, 包 括 南 海 南 部 海 水 分 层 对 于 冰 期 旋 回 的 响 应 有 待 通 过 深 海 与 浅 海 资 料 的 结 合, 形 成 模 型 4 底 层 海 流 与 沉 积 搬 运 机 制 的 变 化 通 过 多 年 的 锚 系 观 测 和 高 分 辨 率 的 地 形 资 料, 结 合 大 量 的 深 海 沉 积 序 列 的 分 析, 可 望 首 次 揭 示 南 海 深 层 海 流 的 模 式, 并 在 我 国 建 立 在 现 场 实 验 观 测 基 础 上 的 深 海 沉 积 学 现 在 的 任 务 是 把 水 流 颗 粒 底 形 地 层 四 者 连 接 起 来, 归 纳 出 半 封 闭 式 南 海 深 海 沉 积 作 用 的 特 色 1) 半 封 闭 海 盆 的 深 部 海 流 ---- 已 经 确 立 南 海 与 太 平 洋 水 通 过 巴 士 海 峡 进 行 交 换 三 明 治 模 式, 也 已 经 形 成 南 海 深 部 海 流 的 理 论 推 断, 现 在 需 要 通 过 观 测 和 模 拟 结 果 的 整 合, 提 出 南 海 深 部 海 流 的 模 型, 以 作 进 一 步 的 检 验, 尤 其 是 澄 清 太 平 洋 水 进 入 巴 士 海 峡 后 的 走 向, 边 界 流 的 存 在 与 性 质 等 问 题 ---- 没 有 巴 士 海 峡 海 槛 阻 挡 的 南 海, 与 太 平 洋 水 的 交 换 简 单 得 多, 南 海 深 层 水 的 通 风 条 件 也 会 差 得 多 这 些 变 化 在 古 海 洋 学 ( 如 底 栖 生 物 地 球 化 学 ) 上 有 什 么 反 映? 能 不 能 通 过 模 拟, 探 索 巴 士 海 峡 出 现 前 开 放 性 南 海 的 深 层 流 场? 2) 陆 坡 的 深 水 沉 积 搬 运 ---- 现 场 观 测 证 明 了 南 海 北 部 内 波 和 涡 流 的 重 要 性, 及 其 沉 积 搬 运 的 能 力 在 继 续 观 测 的 同 时, 能 不 能 提 出 有 系 统 的 观 点 : 南 海 北 部 陆 源 碎 屑 物 如 何 跨 越 陆 架 外 缘, 又 如 何 沉 降 到 陆 坡 海 底? ---- 深 海 观 测 指 出 南 海 北 部 沉 积 搬 运 有 多 种 营 力 : 等 深 流, 浊 流, 雾 状 层, 等 等 但 是 主 宰 陆 坡 区 细 颗 粒 沉 积 搬 运, 和 决 定 陆 坡 区 底 形 地 貌 的, 究 竟 是 那 种 作 用? 3) 深 海 沉 积 的 堆 积 与 间 断 ---- 南 海 北 部 的 半 深 海 沉 积 是 如 何 堆 积 的? 东 沙 东 南 的 高 速 堆 积 体, 究 竟 5

6 是 什 么 成 因? 是 不 是 类 似 于 大 西 洋, 是 等 深 流 还 是 沉 积 波 的 产 物? ---- 深 部 海 流 如 何 冲 刷 泥 质 堆 积 体? 东 沙 高 速 堆 积 体 在 间 冰 期 受 冲 刷 的 假 设 是 否 可 靠? 浊 流 在 陆 坡 造 成 的 冲 蚀 地 貌, 在 地 层 里 如 何 表 现? 4) 构 造 运 动 与 沉 积 搬 运 ---- 白 云 凹 陷 沉 积 地 震 剖 面 中 20 条 冲 沟 揭 示 的 顺 坡 冲 刷, 推 测 是 上 新 世 构 造 ( 断 层 ) 活 动 引 发 (Ma et al., 2015) 这 是 否 是 南 海 北 部 的 普 遍 现 象? 进 一 步 说 南 海 陆 坡 沉 积 速 率 的 变 化, 与 构 造 运 动 的 关 系 如 何? ---- IODP 349 发 现 深 海 盆 的 浊 流 沉 积 和 正 常 远 洋 沉 积 交 替 出 现, 是 不 是 也 是 构 造 活 动 的 结 果? 5 碳 酸 盐 台 地 的 发 育 过 程 和 影 响 西 沙 打 到 基 底 的 珊 瑚 礁 钻 井, 为 碳 酸 盐 台 地 提 供 了 相 对 完 整 的 地 质 记 录 ; 高 分 辨 率 地 震 剖 面 与 油 气 钻 探 的 结 合, 揭 示 出 中 新 世 碳 酸 盐 台 地 的 分 布, 以 及 当 时 碳 酸 盐 物 质 搬 运 造 成 的 古 地 形 ; 大 洋 钻 探, 更 为 碳 酸 盐 补 偿 面 的 变 化 提 出 了 新 的 问 题 现 在 的 任 务 是 以 中 新 世 为 重 点, 探 索 南 海 碳 酸 盐 台 地 的 演 变 史 及 其 控 制 因 素 1) 碳 酸 盐 台 地 的 形 成 ---- 汇 总 地 震 和 钻 孔 资 料, 确 定 南 海 碳 酸 盐 台 地 在 中 新 世 的 发 育 时 间 和 分 布 范 围 : 什 么 时 候 开 始, 什 么 时 候 最 盛 有 多 大 范 围, 什 么 时 候 开 始 收 缩? ---- 碳 酸 盐 台 地 盛 衰 的 地 质 背 景 珊 瑚 礁 的 发 育 受 基 底 沉 降 速 率 陆 源 物 质 供 应 海 水 温 度 条 件 等 控 制, 南 海 主 要 受 那 种 条 件 控 制? 2) 碳 酸 盐 补 偿 面 的 变 化 --- 现 代 南 海 的 碳 酸 盐 补 偿 面 (CCD) 大 约 在 3500 米, 但 在 冰 期 旋 回 里 有 过 大 幅 度 的 升 降 CCD 与 底 层 水 的 来 源 和 海 水 通 风 程 度 相 关, 巴 士 海 峡 形 成 后 南 海 深 层 水 发 生 变 化, 这 在 CCD 上 有 何 反 映? --- IODP 349 航 次 发 现 玄 武 岩 基 底 上 面 就 是 红 粘 土 层, 说 明 海 底 扩 张 发 生 在 CCD 以 下, 但 是 上 覆 沉 积 中 碳 酸 盐 反 而 增 多, 与 现 代 大 洋 壳 在 2000 多 米 处 形 成 后 冷 却 沉 降 的 趋 势 相 反 如 何 理 解 南 海 深 海 盆 的 CCD 演 变? 是 边 缘 海 海 底 扩 张 并 不 遵 守 热 沉 降 的 规 律, 还 是 CCD 本 身 有 大 幅 度 下 降? 但 是 太 平 洋 的 CCD 在 中 新 世 已 经 降 低, 因 此 还 会 有 什 么 别 的 原 因 可 以 解 释? 6

7 6 海 底 溢 出 流 与 井 下 流 体 的 分 布 与 影 响 作 为 海 洋 科 学 中 的 新 课 题, 几 年 来 冷 泉 研 究 聚 集 在 北 部 陆 坡 水 合 物 的 溢 出 口, 结 合 国 家 水 合 物 专 项, 借 助 于 载 人 和 不 载 人 的 深 潜, 已 经 取 得 重 要 进 展, 这 也 将 是 南 海 大 计 划 对 本 课 题 研 究 的 主 要 方 向, 而 不 包 括 井 下 流 体 等 内 容 1) 冷 泉 活 动 及 其 环 境 影 响 南 海 北 部 对 于 冷 泉 的 观 测 ( 包 括 羽 状 流 及 其 扩 散 ), 载 人 深 潜 对 于 冷 泉 口 动 物 群 的 考 察 和 化 学 过 程 的 实 测, 以 及 冷 泉 口 微 生 物 的 调 查, 都 取 得 了 重 要 进 展 现 在 的 任 务 一 方 面 争 取 实 施 新 的 载 人 深 潜, 另 一 方 面 是 对 重 点 观 测 的 冷 泉 口 进 行 整 合 分 析, 研 究 各 种 现 象 的 相 互 关 系, 指 出 和 其 它 冷 泉 区 的 异 同 2) 冷 泉 活 动 的 地 质 记 录 多 数 冷 泉 口 已 经 不 再 活 动, 而 冷 泉 碳 酸 盐 的 测 年 表 明 : 甲 烷 大 量 释 出 事 件 主 要 发 生 在 冰 期 低 海 面 时 期 甲 烷 释 出 必 然 留 下 δ 13 C 等 多 方 面 的 记 录, 国 外 早 已 通 过 沉 积 剖 面 中 有 孔 虫 高 分 辨 率 同 位 素 分 析, 检 测 出 甲 烷 释 出 事 件, 我 们 是 不 是 也 能 追 踪 冷 泉 活 动 的 地 质 记 录? 7 深 海 碳 循 环 以 及 微 生 物 的 作 用 从 深 海 过 程 探 索 南 海 碳 循 环, 一 方 面 着 重 微 生 物 在 碳 循 环 中 的 作 用, 从 微 型 生 物 和 溶 解 有 机 碳 入 手, 探 索 微 型 生 物 碳 泵 的 机 制 与 贡 献 及 其 实 践 尺 度 ; 另 方 面 在 地 质 记 录 里, 探 索 微 型 生 物 碳 泵 对 于 海 洋 碳 储 库 长 周 期 的 控 制 作 用, 争 取 获 得 海 洋 碳 循 环 的 新 认 识 1) 深 海 过 程 与 南 海 的 碳 平 衡 ---- 通 过 大 量 深 海 水 柱 剖 面 的 观 测 分 析, 根 据 海 水 无 机 碳 和 营 养 盐 的 质 量 平 衡, 已 经 揭 示 出 南 海 属 于 大 洋 主 控 型 边 缘 海, 太 平 洋 深 层 水 的 输 入 带 来 的 CO2, 如 果 不 被 营 养 盐 所 消 耗 则 会 在 南 海 上 层 释 出, 从 而 指 明 了 深 海 过 程 在 碳 平 衡 中 的 作 用 现 在 的 任 务, 是 通 过 新 的 观 测 完 善 此 项 观 点, 得 出 南 海 碳 平 衡 的 整 体 模 式 ---- 从 古 海 洋 角 度, 正 在 运 用 有 孔 虫 B/Ca 比 等 测 定 古 海 水 碱 度 和 CO2, 可 望 通 过 地 质 实 例 验 证 太 平 洋 水 交 换 对 南 海 碳 平 衡 影 响 的 假 说 2) 南 海 微 生 物 泵 与 碳 循 环 ---- 大 计 划 中 多 个 微 生 物 项 目 探 讨 海 水 和 沉 积 物 中 微 生 物 的 分 布, 及 其 在 碳 循 环 中 的 作 用, 取 得 显 著 成 绩 由 于 南 海 微 生 物 研 究 处 于 起 步 阶 段, 集 成 过 程 7

8 不 要 求 形 成 完 整 的 成 果 ---- 微 生 物 碳 泵 和 传 统 生 物 泵 的 相 互 关 系 微 生 物 碳 泵 的 提 出, 改 变 了 传 统 生 物 泵 单 纯 考 虑 浮 游 生 物 的 局 限 性, 开 拓 了 生 命 过 程 在 海 洋 碳 循 环 中 作 用 的 新 视 角 目 前 开 展 微 型 生 物 碳 泵 和 传 统 生 物 泵 相 结 合 的 观 测 研 究, 可 望 揭 示 出 不 同 环 境 条 件 下 两 种 作 用 的 消 长 关 系, 阐 明 微 生 物 在 海 洋 碳 循 环 中 的 作 用, 认 识 海 洋 储 碳 的 新 机 制 ---- 微 生 物 泵 与 大 洋 碳 储 库 的 长 周 期 变 化 将 微 生 物 碳 泵 的 概 念 用 到 地 质 记 录 中, 考 察 溶 解 有 机 碳 的 相 关 变 化, 有 可 能 为 大 洋 碳 储 库 的 四 五 十 万 年 长 周 期 提 供 解 释, 在 轨 道 驱 动 的 季 风 气 候 和 碳 循 环 演 变 之 间 构 筑 桥 梁 如 果 能 在 上 述 微 生 物 碳 泵 和 碳 储 库 长 周 期 两 者 之 间 的 集 成 研 究 取 得 成 功, 有 可 能 在 海 洋 碳 循 环 机 制 研 究 上 取 得 进 展 8 深 海 能 源 形 成 的 生 物 地 球 化 学 背 景 由 于 一 般 的 油 气 成 因 并 未 列 入 大 计 划 科 学 目 标, 这 里 的 深 海 能 源 形 成 主 要 指 可 燃 冰 形 成 中 海 底 微 生 物 的 作 用, 回 答 微 生 物 活 动 在 现 代 甲 烷 等 烃 类 的 生 成 氧 化 及 演 变 中 所 起 的 作 用, 可 以 与 上 面 7 的 内 容 结 合 起 来 集 成 除 能 源 之 外, 蛟 龙 号 在 深 水 海 山 发 现 的 锰 结 核, 属 于 研 究 南 海 深 海 资 源 形 成 的 新 内 容, 将 成 为 集 成 的 内 容 之 一 8