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,是國際地球科學歷時最長、規(guī)模最大,也是成績最為突出的合作研究計劃。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)從大洋中脊向兩側的玄武巖基底年齡越來越老,為洋底擴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”,結果導致南極冰蓋的出現(xiàn)。深海鉆探的這項發(fā)現(xiàn),被譽為古海洋學新學科建立的標志。
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,證實了板塊構造學說,創(chuàng)立了古海洋學,把地質學從陸地擴展到全球,導致地球科學一場真正的革命,改變了固體地球科學幾乎每一個分支的發(fā)展軌跡。
①確實,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時,“地中海鹽度危機”便告結束,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,一旦構造運動將通道鎖閉,地中海便變?yōu)橐粋€巨型蒸發(fā)鹽湖。
④20世紀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)巖應當是干旱地區(qū)的產(chǎn)物,地中?,F(xiàn)在水深可達5000米,面積相當于黃海、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新聞。
⑥距今596萬年前開始,相當于全大洋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變事件,地質歷史上也()?,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,突然造成災難性洪水事件,最近科學家考證,認為這就是圣經(jīng)里“諾亞方舟”故事的原型。
上述災變屬于區(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)有機質大量堆積,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?一直是學術界必須回答的問題?,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,其實都是地球運行軌道幾何形態(tài)變化。氣候軌道驅動的發(fā)現(xiàn)和證實,是20世紀地球科學最輝煌的成就之一;軌道周期在世界各大洋地層中的對應性,為地質時期的紀年提供了天文學的標尺。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)的化學變化起著主導作用?這正是大洋鉆探當前面臨的課題。
1999年春,由我國科學家建議、設計和主持的南海大洋鉆探,鉆井17口、取芯5000米,實現(xiàn)了中國海深??茖W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識。
A.無處不在
B.隨時發(fā)生
C.不乏實例
D.比比皆是
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