編譯 之涵

我們對(duì)月球表面的了解勝過(guò)對(duì)地球海底的了解，這一點(diǎn)令人震驚，但事實(shí)的確如此。我們對(duì)海底的了解大多來(lái)自科學(xué)大洋鉆探——從深海海底系統(tǒng)采集巖芯樣本。這一革命性技術(shù)始于50年前的1968年8月11日，當(dāng)時(shí)在聯(lián)邦資助的深海鉆探項(xiàng)目中，“格洛馬爾挑戰(zhàn)者（Glomar Challenger）”號(hào)鉆探船首次遠(yuǎn)征，駛?cè)肽鞲鐬场?/p>

對(duì)科學(xué)鉆探進(jìn)行檢驗(yàn)并成功試航后，科學(xué)鉆探“喬迪斯決心（JOIDES Resolution）”號(hào)抵達(dá)美國(guó)夏威夷州檀香山

1980年，我進(jìn)行了第一次科學(xué)大洋鉆探。自那時(shí)起，我又參加了6次在北大西洋和南極洲威德?tīng)柡５奶诫U(xiǎn)。在我的實(shí)驗(yàn)室里，我和學(xué)生們對(duì)這些探險(xiǎn)活動(dòng)中獲得的巖芯樣本進(jìn)行研究。這些長(zhǎng)31英尺、寬3英寸，類(lèi)似圓柱體的樣本就像一本本書(shū)，等待著人們解讀其中的信息。拿起一塊新打開(kāi)的巖芯，里面充滿(mǎn)了來(lái)自地球海底的巖石和沉積物，就像打開(kāi)一個(gè)罕見(jiàn)的寶箱，里面記錄著地球歷史流逝的時(shí)光。

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)大洋鉆探已經(jīng)證明了板塊構(gòu)造理論的正確，開(kāi)創(chuàng)了古海洋學(xué)，并通過(guò)揭示深海生物圈中種類(lèi)繁多、數(shù)量龐大的生命，重新定義了我們對(duì)地球生命的看法，而且還有更多的東西需要學(xué)習(xí)和探索。

通過(guò)從世界海洋盆地鉆取巖芯樣本，科學(xué)家拓寬了眼界和知識(shí)，但他們的工作還遠(yuǎn)未結(jié)束。

技術(shù)創(chuàng)新

得益于兩項(xiàng)關(guān)鍵的創(chuàng)新技術(shù)，科考船能夠從深海中的精確位置采集巖芯樣本。第一項(xiàng)是動(dòng)態(tài)定位，在通常超過(guò)12 000英尺的水下鉆探和回收逐塊堆疊的巖芯時(shí)，這種技術(shù)能將一艘471英尺長(zhǎng)的船保持在固定位置。要在這種深度將鉆探船錨定不切實(shí)際。為此，技術(shù)人員將一種名為異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)的魚(yú)雷狀儀器從船的側(cè)面放入水中，并通過(guò)安裝于船體的換能器裝置向其發(fā)送聲音信號(hào)，再通過(guò)船載計(jì)算機(jī)計(jì)算出通信的距離和角度。船體上的推進(jìn)器使船只完全停留在同一位置，對(duì)抗洋流、風(fēng)浪和海浪的力量。

再入錐焊接在鉆桿周?chē)诟鼡Q鉆頭前引導(dǎo)鉆桿重新插入鉆孔

大洋鉆探的另一大挑戰(zhàn)是鉆頭必須在操作中期更換。海洋的地殼由火成巖組成，這些巖石在鉆頭達(dá)到預(yù)期深度之前就會(huì)將其磨損。出現(xiàn)這種情況時(shí)，鉆工將整個(gè)鉆桿拉出，安裝好新鉆頭后再插入同一個(gè)鉆孔。這需要引導(dǎo)鉆桿進(jìn)入漏斗狀的再入錐。再入錐的寬度不到15英尺，放置在海底的鉆孔口。這一過(guò)程在1970年首次完成，它就像把一根長(zhǎng)長(zhǎng)的意大利面放入奧運(yùn)會(huì)游泳池底部寬0.25英寸的漏斗中一樣。確認(rèn)板塊構(gòu)造

?？颂K魯伯隕石坑核心部分，這種巖石名為沖擊凝灰角礫巖，其中含有巖石碎片和熔巖

1968年科學(xué)大洋鉆探橫空出世時(shí)，板塊構(gòu)造理論還是一個(gè)備受爭(zhēng)議的話(huà)題。一個(gè)重要的觀(guān)點(diǎn)是，新的海洋地殼是在海底的洋脊上形成的。在那里，海洋板塊相互遠(yuǎn)離，地球內(nèi)部的巖漿從它們之間噴涌而出。根據(jù)這一理論，地殼是產(chǎn)生于洋脊頂部的新物質(zhì)，其年齡隨著離峰頂距離的增加而增加。

唯一能證明這一點(diǎn)的方法就是分析沉積物和巖芯。在1968—1969年的冬天，“格洛馬爾挑戰(zhàn)者”號(hào)在南大西洋以東和大西洋中脊的西部鉆探了7個(gè)地方。海底火成巖和上面覆蓋的沉積物的年齡與預(yù)測(cè)完全一致，這證實(shí)了大洋地殼是在洋脊形成的，而板塊構(gòu)造理論也是正確的。

重構(gòu)地球歷史

海洋對(duì)地球歷史的記錄比陸地地質(zhì)構(gòu)造更具連續(xù)性。因?yàn)樵陉懙厣?，風(fēng)、水和冰的侵蝕和再沉積會(huì)將記錄破壞。在大多數(shù)海洋中，沉積物以顆粒狀沉積下來(lái)，并留在原地，最終屈服于壓力成為巖石。

保存在沉積物中的微體化石（浮游生物）最為漂亮，并且含有豐富的信息，盡管有些化石的寬度比人類(lèi)頭發(fā)絲還要小。就像大型植物和動(dòng)物化石一樣，科學(xué)家可以利用這些鈣和硅的精細(xì)結(jié)構(gòu)重構(gòu)過(guò)去的環(huán)境。

浮游生物的掃描電子顯微鏡圖像（左為硅藻，右為球蟲(chóng)）。不同的浮游生物有不同的氣候偏好，這使得它們成為海洋表面狀況的理想指標(biāo)

得益于科學(xué)大洋鉆探，我們知道了在6 600萬(wàn)年前的一次小行星撞擊事件中，所有的非鳥(niǎo)類(lèi)恐龍均未能幸免于難；之后，火山口邊緣形成了新的生命。在接下來(lái)的3萬(wàn)年，一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)蓬勃發(fā)展。在隕石撞擊過(guò)程中，一些深海生物存活了下來(lái)。

大洋鉆探還揭示出在1 000萬(wàn)年后，大量的碳排放——可能來(lái)自廣泛的火山活動(dòng)和甲烷水合物融化釋放出來(lái)的甲烷——引發(fā)了急劇變暖事件，也被稱(chēng)作古新世-始新世極熱事件（PETM）。在這一時(shí)期，甚至北極的溫度都達(dá)到22攝氏度以上。由于碳排放到大氣和海洋中造成的海洋酸化導(dǎo)致深海生態(tài)系統(tǒng)分崩離析。

這是受到急劇氣候變暖影響的一個(gè)的典型例子。據(jù)估計(jì)，PETM期間釋放的碳總量大約相當(dāng)于人類(lèi)耗盡地球上所有化石燃料儲(chǔ)備釋放的碳總量。然而，一個(gè)重要的區(qū)別是火山和水合物釋放的碳比我們目前消耗化石燃料的速度慢得多。因此，除非我們停止碳排放，否則氣候和生態(tài)系統(tǒng)將發(fā)生更劇烈的變化。

在海洋沉積物中發(fā)現(xiàn)生命

科學(xué)大洋鉆探還顯示，海洋沉積物中的細(xì)胞數(shù)量與海洋或土壤中的細(xì)胞數(shù)量大致相同。探險(xiǎn)隊(duì)不僅在8 000英尺深的沉積物中發(fā)現(xiàn)了生命，還在擁有8 600萬(wàn)年歷史的沉積物和溫度超過(guò)60攝氏度的沉積物中發(fā)現(xiàn)了生命。

如今，來(lái)自23個(gè)國(guó)家的科學(xué)家正在通過(guò)“國(guó)際海洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃”開(kāi)展研究，該項(xiàng)目利用科學(xué)大洋鉆探從海底沉積物和巖石中采集數(shù)據(jù)，并監(jiān)測(cè)海底環(huán)境。通過(guò)采集巖芯，科學(xué)家獲得了關(guān)于板塊構(gòu)造的新信息，如海洋地殼形成的復(fù)雜性和深海生命的多樣性。

這是一項(xiàng)成本高昂，技術(shù)和智力密集型的研究。但是，只有探索深海，我們才能挖掘深藏其中的寶藏，更好地了解大海的美以及它的復(fù)雜。