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    经过9天在太平洋调查区的多波束测线作业,“海洋六号”船已经初步掌握了调查区海底地形。但在平均水深超过5公里的深处,阳光无法直达,又有蔚蓝海水的掩盖,海底仍旧是“犹抱琵琶半遮面”。所以,为了进一步了解海底环境资源概况,北京时间7月27日12时科考队员派遣了深海摄像系统潜入这片幽暗的水世界。

    正所谓“工欲善其事,必先利其器”,此次使用的设备为第五代海底摄像系统,支持高清视频传输及闪光照相,由铠装光纤缆提供动力和通讯,水下照明灯亮度可调等功能。大电影由首席科学家及3位助理操刀,每天分三班拍摄;每班配有两名绞车操控手,负责掌控机位;两名地质专业人员进行地质描述,前者以视频方式记录测线范围内的海底状态,后者则在关键区域进行小范围的高清照相。


    拍摄现场的“科研精神”

     

    在整个拍摄过程中,船舶沿测线缓缓前进,绞车操控手需要根据地形变化将水下拖体时刻保持在离底2-3米范围内,实现约每小时3公里向前的“贴地飞行”。但当地形变化较快或船速突变时,摄像系统免不了与海底发生亲密接触。在27日14时30分,摄像就经历了“初吻”,嘴上立马就糊满了泥。虽然经过海水的一番冲刷,海底逐渐豁然开朗,但最后还是留下了两个顽固的斑点,作为青春的记忆。当然,记忆最终没跑赢岁月,经历几次亲吻和冲刷后,海底世界再次清晰动人。“要是能给它配一个雨刷就好了”,一旁的于宗泽与张旭开始讨论道。

    到了20时17分,绞车缆长已经由开拍时的6734米放到7991米,即将到达绞车的8000米安全极限。绞车手罗旭龙这时抛出了一个问题:“往年都是收放交替,缆长变化并不大,这次怎么就必须不停地放呢?”于立分开始了推理:水深不变,船速恒定,缆长却不断变大,那只能是底流变大了。“底流怎么会一直变大呢”?罗红波对此不以为然,也抛出一个“放风筝理论”。听着虽是通俗,但却耐人寻味。于立分计穷,鬼马地扯开话题:“其实人类对大自然的奥秘了解地还很少,我们要怀有一颗敬畏之心。”这三个后甲板技工的对话令人不禁莞尔,但也让我多少嗅到了“科研精神”的意味,也许这就是“海洋六号”的气质吧!


    把海底世界捞上来

     

    摄像操控室里,我们都围着巨型屏幕,跟随高清摄像机在海底贴地飞行。

    随着镜头推进,可以看到不时有白色尘埃飘落到这深海世界,那可能是上层海洋的生物碎屑经过多级分解的产物,也可能是被大气和水流运送至此的陆地尘埃,它在此停靠片刻,随后便加入到漫长的地质演化进程。

    过了荒漠区,生物逐渐多了起来,白色小虾、栉水母、紫色怪鱼、海星等陆续出镜。当然,还有那些我们看不见的无数种细菌正从海底底部渗出来。镜头下,这些奇怪的生物大都体型小巧,如肥皂泡一样脆弱,若隐若现,幽灵一般在镜头下潇洒游过,其精致程度不亚于装在天蓝色小方盒里的蒂芙尼珠宝,极尽美丽,也极尽奇异。料想博物馆里的标本必不能告诉我们,这条怪鱼在水里有多优雅,它是怎样运动、捕食、交配以及繁殖的。拍摄过程中,还随处可见横七竖八的长条坑道以及蚊香状的生物遗迹,兴许是海底生物怕我们太过单调,特意留下的谜题呢。

    整个拍摄过程,大家似乎都在操着19世纪新大陆探险者的心,生怕错过任何关于这片海底的新发现。于是从头到尾,没有人敢离开。

    直至7月28日2时,深海摄像结束海底漫步,回归“海洋六号”。本次“海底电影”拍摄过程长达34小时,共完成90公里测量作业。

    作业完成后,眼睛累得发疼的科考队员们面露喜悦,结果令人满意。其实在很多时候,科学考察任务就如同深海摄像一样,是静态的。科学家们坐在各自的屏幕前,平心静气地观察、试验,有时偶然对大自然的奥秘发出几声赞叹和感慨。

     


    活动在5620米海底层的虾

    5500米海底的海星

    海底大电影,深海漫游——记首次海底摄像作业
      有这样一群人,一年中有半年多时间,在茫茫大海上航行,他们就是广州海洋地质调查局大洋科考队。乍一听,你会羡慕他们,窗外就是蓝天碧海,每天吹着太平洋的风,欣赏着海上的落日晚霞……生活是如此浪漫。但你要真这么想,那就大错特错了。
    6月7日,我作为特派记者,跟随海洋六号船从关岛出发,在太平洋上完成一个航段为期35天的海洋地质调查任务。我用自己的见闻,告诉你一个真实的大洋科考队。

      初识海六

      海洋六号船是我国自主设计和建造的先进的天然气水合物资源综合调查船,总长106米,宽17.4米,排水量4650吨,最大航速16节。船尾部有两个舵桨,船头有艏侧推,具有良好的操作性,可以360度回转。最大燃油装载量是690吨。
      作为一艘海洋地质科考船,海洋六号上有地质调查区、物探调查作业区和实验测试区等三大作业区域,近10个工作室,配置具有世界先进水平的地球物理调查设备、综合地质取样设备、可视化作业设备(深海水下遥控探测系统(ROV)和海底摄像系统等)和物理海洋调查设备等类,数十套科考设备。这个航次,船上还特别安装了我国863项目自主研制的“海马”号ROV。
      上船当天,在三副李楠带领下,我参观了全船。位于六楼的驾驶台是船舶的眼睛,一二层的机舱是船舶的心脏。上下两层后甲板是外业作业区域,有深海绞车、A型架等大型设备,另外还有三层的仪器房,四层的地质室和ROV控制室,样品间等等室内办公区。
      船上最主要的区域就是生活区。从二楼到五楼,共有47个房间,65个床位。餐厅和厨房在三楼,另外有一个小餐厅,里面有卡拉OK,供大家放松娱乐,阅览室和洗衣房也在三楼。健身房在一层,比较平稳,有跑步机、乒乓球桌等基本的运动设备,另外还有一间小小的桑拿房。每一楼层都有一个直饮水系统,随时可以烧开水。船上有专职医生,还有一间病房,可以进行输液等简单治疗。船内的楼梯有好几部,很多地方都装有消防救生设备。我注意到,走廊和楼梯都装有扶手,在船摇晃厉害的时候,扶手简直就是救星。
      船离港出发当天下午,要进行例行的消防救生演习。每个人都穿上工作服,安全帽和工作鞋也得齐全,最后必须套上救生衣。首先是弃船演习,这是应对发生最严重的状况时,不得不放弃船只的逃生举措。海洋六号上有2个救生艇,分别悬挂在两侧船舷的艇架上,紧急情况下,能在最短时间放入海中。从穿好衣服到来到救生艇旁集合,所有人必须在2分钟内全部完成。结束之后,我们又来到后甲板,进行消防安全演习。此时我已经完全被晕船牢牢控制,只能死死抱着一根灯柱,才勉强不会倒下。不过,这次演习,也真正让我体会到了在船上,安全永远第一,“时间就是生命”。

      驾驶台——无敌海景,也无敌辛苦

      下午两点,船慢慢启动离港,心情十分激动的我,忍不住跑到驾驶台一看究竟。
      “哇,这简直是无敌海景啊。“不同于楼下的一个一个小房间,驾驶台相当宽敞,再加上270度的全景玻璃窗,视野极好。在这里工作可真幸福啊。海洋六号的驾驶台位于6层,处于船最高、最前的位置。长长的驾控台上有着各种操作按钮、监控,在主驾控台两侧,各有一个备用的操控台。
      驾驶台有直通轮机部的专用电话,如果需要加速前进,则要电话通知轮机部提供更多动力。在地质调查工作需要定点作业时,仪器房的导航人员通过对讲机通知驾驶台,船舶启动动力定位系统,这项功能可以实现船舶位置定点不动。
      晚上,当船上大多数人都进入梦乡的时候,他们还坚守在岗位上。太平洋上的日落很快,基本上6点以后天就黑了,一天吃过晚饭,我来到驾驶台,却发现怎么黑漆漆一片,只能看到显示屏和仪器上的点点亮光。“为什么不开灯啊?”我问道。大副告诉我,晚上行船,驾驶台必须关闭灯光,才能看清前方,这就跟晚上开车是一个道理。所以,他们都是在黑暗中工作的。而夜晚的海面,什么也看不见。
      大副蒋和平是四川人,也是一位“老”船员了,1998年就到了广海局,从三副一直到大副,单位的每艘船他都工作过,前年考到了船长证,去年开始跟随海洋六号出大洋。船在航行中,每天24小时中,凌晨4点到7点和下午的4点到7点,他要在驾驶台值班。这两个时间,正是看日出和日落的最佳时间。每天,看着太阳从海平面升起,天一点点亮起来,然后夕阳沉入海面,直到漫天繁星。无敌海景,对他们来说,已经无感,而且面对仪器,必须保持高度的精神集中。因为不是航道,茫茫太平洋,航行几十天上百天,也见不到一艘船,只有日复一日的单调枯燥。
      另外,大副还负责全船的后勤保障,在关岛靠港期间,就看他忙着补给。因为台风影响,关岛本地蔬菜受损严重,华人供应商那里预定的菜也不够数量。为了能多买点新鲜蔬菜,大副跑了三四个地方,出发前一天还去关岛当地市场,十斤八斤的凑。
      有报道说,发达国家的科考船,海上工作人员35天就要下船轮休,但海洋六号因为人手有限,工作任务又繁重,广海局的每条船都在出海作业。想要实现人员轮换很困难,大副今年要工作全航段,意味着200天都在海上,6个半月不能回家。大副的儿子今年14岁,放暑假了,妻子带着孩子去了贵州旅游,他只有羡慕的份儿。每天和妻子微信联系,最近得知儿子又长高了,快到1米8 的个子,大副的开心都流露在眼睛里了。
      二副和三副都是很年轻的小伙子。二副梅亚军1987年出生,三副李楠比他还小一岁。驾驶台值班,基本是一名驾驶员搭配一名水手。这里的水手都很年轻,清一色的90后,都是阳光帅气的小伙子,因此驾驶台也被评为全船颜值最高的地方。我开玩笑说,“大海航行靠什么?颜值。”

      轮机部——守护海六心脏的“橙衣天使”

      在经历了两天的晕船之后,10日,吃完午饭,“老轨”耿志爱来房间找我,邀请我去参观他工作的地方——机舱。此前,我就听说,机舱是船舶的心脏,为船舶提供一切动力。
      “老轨”是轮机长的俗称。他有着一张娃娃脸,看着很像90后,但已经35岁了,而且已经参加工作17年了。海洋六号船从出厂,他就一直在船上工作,每年随船出大洋,现在是广海局最年轻的轮机长。
      在老轨的提醒下,我穿上工作服,戴上安全帽,穿上笨重的工作鞋,跟随他穿过餐厅,走下楼梯,来到一扇写着“机舱重地,闲人免进”的门前。他用力打开,顿时巨大的轰鸣声包围了我,感觉像瞬间失去了听力一样,热浪、油污味儿一起向我袭来。天啊,船上还有这样的地方,一门之隔,完全就是两重天,真想赶紧逃离。
      老轨示意我赶紧进来。关上门之后,眼前是大型的机器设备,脚踩着的是铁的镂空的走廊,下面也是巨大的机器。跟着老轨进入到集控室,才顿时觉得耳边清静了。集控室不大,被各种柜子电脑和操作台占去了大半,只有一个狭长的过道,能放几把椅子而已。在操作台上方的监视器上,共有十六个监控画面,能看到全船主要的机器处所,在集控室的监控报警系统界面上能观测到全船机器处所重要机器的运行参数和运行状况。
      从未到过这样地方,什么都是好奇的,老轨一一向我介绍,“海洋六号一共有四台发电机,一号二号三号是主发电机,四号是停泊发电机。现在你看到四个电路开关,有两个是绿色的,就表示现在运行着二号和三号发电机。停泊发电机一般在停靠码头或抛锚时使用,功率比较小。”
      要开始进行每小时的例行巡查了,老轨给我一副特制的耳塞,自己拿着一个手电筒,我们再次进入机电舱。这里很大,从最底层的机舱底部,到船最高处的烟囱,整个机电舱上下六层,包括在船舶最前部的艏侧推舱到最尾部的舵桨舱,所有的机器处所多达二十多处,检查一这里很大,从最底层的油舱,到船最高处的烟囱,整个机舱上下好几层,走一圈至少半个小时。我跟着走了一会,就已经汗流浃背了,效果一点也不亚于桑拿房。
      机舱中各种机器发出的轰鸣声大到什么程度,两个人即使面对面,说话也听不见。而如此大的噪音,对他们来说,都是有规律的。老轨说;“时间久了,不夸张地说,机器运行中的杂音我们都能听出来。”轮机部的同志就像是中医,望闻问切,机器说不了话,但是那些巨大的轰鸣声中,如果有一点不对劲的声音,他们都能找出来症结所在,从而对症下药。
      除了为船舶提供动力之外,轮机部还负责海水淡化处理、全船中央空调、生活污水处理、垃圾焚烧,还有日常生活工作的用电。轮机部有12人,除了老轨外,有大管轮、二管轮、三管轮和调查设备管轮,另外还有机工和电机员,协同工作。集控室需要24小时值班,8个人四班倒,每个班2个人。除了每天的值班工作外,还要参加机器日常的检修保养工作,另外还有机动的工作人员,随时待命,处理各种突发情况,随时处理包括机械的和电气方面的各种故障。

      调查部——高学历的“海上民工”

      采访过很多地质队员,知道他们在高原在山野的辛苦,但没想到海上的地质调查工作更有一种别样的不易。
      深海作业,不比其他,风险很大,设备一旦放到海底,任何的小疏忽都可能引发大危险,不仅作业不成功,更有可能损坏设备,甚至丢失。而且真的是靠天吃饭,天气好,海况好,设备才能下水作业。
      “海马”ROV是我国自主研发的深海潜水器,这一次应用,是首次走出国门来到大洋。一天,我在房间,门口有人喊我,“杨记者,海马下潜到海底了,快来。”我赶紧拿着相机去了ROV控制室,里面差不多都挤满了人。高清显示器上,“海马”灵活地在海底移动,偶尔有一只红色深海虾游进了海马的视线中,最终成功地用机械手抓取了一块结壳。
      调查部有好几个科室的人员组成,他们中大都是80后,有博士、硕士、本科生。但没想到他们的工作,根本就不像城市里的白领,而是自我调侃的“海上民工”。
      “海马”号ROV和浅钻在工作中偶发故障,他们常常在后甲板忙到深夜,抓紧时间抢修设备。白天,太平洋上的阳光毒辣,我穿着工作服,只是站在后甲板一会,就开始冒汗。而他们,从早到晚,工作服早就被湿透了,每个人几分钟轮换着去吃饭,刷了碗赶紧又回来干活,一直到凌晨两三点。那段时间,天天在后甲板干活,每个人的脖子和脸都晒得黑里透红,还真是跟民工兄弟一样。
      第一次看到海底摄像,觉得十分新奇。 5000多米深的海底,摄像机传回的图像,能够清晰地显示海底分布的结壳。对我来说有趣,但是他们值班的人,常常要盯着屏幕两个小时,最后看着白墙都眼前冒星星。那些密密麻麻分布的结壳,给密集恐惧症患者看了都要发疯的。更累的还要数绞车操作手,从设备下水开始,就要一直推着操作杆,时刻注意下放的速度和深度,在整个摄像过程中,手也不能离开。两个小时下来,手掌都压出了深深的红印。

      人生难得遇台风,而且还是三台共舞

      上船20多天,我已经十分习惯船轻轻摇晃,而且晚上睡觉,感觉就像是躺在摇篮里,有重新当回婴儿的感觉啊。可是好景不长,刚过7月,一天,船长蓝明华的表情似乎有些严肃,全然不见平日中温和爱笑的样子。原来是遇上台风了。在临时党委会上,船长指着卫星云图告诉大家,随着大气环流的调整,西北太平洋变得异常活跃,接二连三产生了3个台风,分别是9号台风“灿鸿”、10号台风“莲花”、11号台风“浪卡”。这三个台风在西北太平洋低纬度海区一字摆开,形成了“三台风同场共舞”的气象奇观。其中“灿鸿”和“浪卡”先后横扫海山工区,给海洋六号的海上作业和航行安全带来直接影响。
      我一听,心里一动,生长在西北内陆的我可从未见过台风啊,海上的台风,那应该更好看吧。当我说出还没见过台风时,大家都乐了,“你还想见台风?先让体验一下在台风外围的感觉,你再说这话吧。”
      果然,随着热带风暴的生成,海况越来越差,船摇摆的幅度加大,简直像荡秋千一样。放在桌上的水杯直接从高高的书架上掉下来,床头柜上的东西全部被甩到了床上。晃得我直恶心,糟糕,又开始晕船了。然而他们告诉我,这离台风还远着呢,目前只有3米浪而已。就这样,还未见到台风,我们已经撤离工区,全速开往1000公里外避风。
      这样的状况,很多“老大洋”也不舒服了,中午食堂,也没几个人吃饭,倒是往常鲜有人问津的白粥很受欢迎。唉,再也不想见台风了。

      苦中作乐

      每天晚餐后,有些人会到飞机平台散步,因为这也是全船面积最大的一块平地了。所谓的散步,就是不停地走圈,跟电影中监狱犯人放风也差不多。在茫茫太平洋,大家的活动范围也就是只有相依为命的海洋六号了。
      但是彼此聊聊天,遇到好天气,拿出相机或者手机,拍一拍美丽的落日和晚霞,这样的美景,都市里是没有的。大家一边拍,一边想象着这朵云像什么,那片晚霞像什么,一天的疲劳都在大自然造化的神奇中消散了。
      一个月后,基本所有的工作都完成了,大家明显都放松了许多,下午3点,在后甲板上几个人围成一圈踢毽球,海上呆久了,这样活动一会,出一身汗也是极好的。晚餐后打打扑克牌,唱唱K,或者一起喝茶聊天。很多房间都有配有茶具,这些干活的汉子,泡起茶来也是有模有样,我常常被邀请去喝茶,从五楼,一直喝到三楼,红茶、铁观音、绿茶,喝到肚子饱饱。
      大家在海上,条件有限,但即使这样,也能想办法苦中作乐。船头有一个自己搭建的游泳池,但其实五六个个人坐进去几乎就满了。中午抽上来一池海水,晒上两三个小时,在最纯净的海水中泡一会儿,舒坦极了。据说,这可是海六上很受欢迎的一项休闲活动。

      尾声
      他们中,有出了十几年的老大洋,出海天数超过2000天,有的“80后”,5年来在海上工作,却从未欣赏过太平洋上夜晚璀璨的星空。他们没有周末,每天24小时倒班。工作辛苦,生活也单调枯燥,出海久了,人容易焦虑暴躁,没有新鲜的蔬菜水果,医生说,船上最常见的病就是胃病和鼻炎。遇到台风等恶劣天气,几乎每个人都被晕船折磨。
      对于家人来说,他们在身边的时间太少了,每年出大洋,一出就是200天,开玩笑的说就是“要钱没钱,要人见不到。”可是他们就是这样,每年过了春节,不用多说什么,每个人又为下一次出海默默做着准备。


    海六全速前进驶向太平洋


    收起缆绳启航了


    蔚蓝国土上最可爱的人

    他,醉心于基础地学研究,在18年时间里验证了国际地学界的三大猜想,其中对在喜马拉雅造山带和苏鲁超高压变质带发生地壳熔融作用的研究成果,改变了学术界此前的惯常认识。

    他,就是来自自然资源部中国地质调查局地质研究所的中国地质调查局杰出青年科技工作者曾令森。

    2020年8月,曾令森(右)在西藏鲁朗地区采集样品

    为地学界三大猜想找到证据

    早在1984年,国际地学大师瓦森(E.B. Watson)和哈里森(M. Harrison)就提出了“变质岩部分熔融存在高度钕(Nd)同位素不平衡现象”的猜想,但可惜的是一直没有获得关键证据。而为这一猜想提供证据的就是曾令森。

    曾令森1991年从南京大学地球科学系构造地质与地球物理学专业毕业后,一直醉心于基础地学研究。1998年,曾令森到美国加州理工学院地质与行星科学系学习,以美国内华达岩基为主要研究基地,应用野外实测和理论模拟相结合的方法,发现了变质岩部分熔融高度钕(Nd)同位素不平衡的现象,在系统研究后构建出符合地质情况、较简洁的理论模型,解释了变泥质岩部分熔融作用中铷—锶(Rb-Sr)和钐—钕(Sm-Nd)同位素系统耦合行为,从而使这一猜想正式上升为基础地学的一大理论。2008年,澳大利亚出版的由麦考瑞大学弗农教授和悉尼大学克拉克教授联合编写的《变质地质学》教科书,将这项基础地学研究成果收录其中。

    2004年学成回国后,曾令森将目光锁定国际基础地学研究的两大热点:喜马拉雅造山带和苏鲁超高压变质带。以这两条典型碰撞造山带为基地,系统研究超高压至地壳温压条件下,地壳物质部分熔融的岩石学和地球化学特征,探讨部分熔融作用的构造物理学和地球化学效应,仅用5年就证实了地学界对两大造山(构造)带存在多年的两大猜想:在喜马拉雅造山带,碰撞造山早期也有熔融事件发生;在苏鲁超高压变质带,可以发生熔融作用。这两项研究成果,改变了学术界此前的惯常认识,引起国际基础地学界的关注。

    2011年,曾令森的论文《藏南北喜马拉雅穹窿中始新世高Sr/Y比花岗岩:增厚下地壳熔融作用》在《地球与行星科学通讯》上发表后,即成为SCI高被引论文之一。《地球与行星科学通讯》在收到他关于苏鲁超高压变质带的论文后,居然发现找不到足够有类似研究经历的审稿人。最后,还是《科学通报》主编、中国科学院院士郑永飞推荐其他专家审阅后,曾令森的这一研究成果才得以面世,并引发了多人的后续研究。

    2009年,曾令森在俄罗斯远东马加丹岩基做野外工作。

    初心不改探求地球本源

    人类虽然生活在地球上,但对地球的许多认知仍较浅显。而正是这许许多多的未知,令地质科学充满魅力。曾令森坦言,自进入南京大学后,就一直对探求地球本源有着浓厚的兴趣。

    他以自己的研究重点——地壳熔融研究为例进行了说明。熔融一般发生在地壳5公里以下、最低温度650摄氏度的区域,是大陆地壳活动和演化的一个重要过程。经过重要元素迁移、富集和挥发份(如二氧化碳)的释放或捆绑,发生过部分熔融的岩石是了解、洞悉地壳岩石学和地球化学过程的最直观对象。地壳熔融作用的研究,在解译大陆地壳地球化学特征的形成机理、限定古老地质构造背景、生物演化的地质环境等方面都起着关键作用。

    这种研究既枯燥又具有挑战性,除要在野外找到带有熔融证据的样品外,还要对样品进行细致加工,然后再通过实验手段对其进行地球物理、地球化学和岩石学的分析。最后,还要厘清各实验数据间的关系,整个过程的难度不亚于茧中抽丝。

    对曾令森的变质岩部分熔融高度存在钕(Nd)同位素不平衡现象这一科研成果,美国科学院院士、著名实验岩石学家瓦森评价:“不仅是一创新性的贡献,还是后续研究的榜样。”《变质地质学》期刊前主编布朗教授在庆祝美国地质学会成立125周年和皇家地质学会成立200周年的有关花岗岩研究进展的评述中,亦将其列为当时国际花岗岩研究的重要进展之一。

    回国后,曾令森坚守基础研究的初心,用丰硕的研究成果回馈养育他的祖国:发现了石榴子石的溶解行为如何影响花岗质岩浆的元素和放射性同位素的组成,证实了在含水部分熔融过程中榍石(含钛硅酸盐矿物)确实是调制熔体重要微量元素和钕(Nd)同位素的重要副矿物,确定了变沉积岩含水部分熔融和脱水部分熔融形成的淡色花岗岩的元素和放射性同位素(Sr-Nd-Hf-Pb)组成的差异,其中独居石(磷酸盐矿物)和锆石(锆硅酸盐矿物)的差异溶解作用是控制地壳深熔熔体铅(Pb)同位素组成的关键因素。

    近年来,他在喜马拉雅造山带印度—欧亚大陆碰撞前的构造和物质组成、藏南新生代地壳厚度的变化及深部构造过程、中下地壳物质部分熔融作用对稀有金属成矿控制等方面也取得了阶段性成果,目前正在建立理论模型,将回答哪种地壳部分熔融反应更有利于稀有金属成矿等关键问题。

    期待更好的基础研究环境

    基础地学研究需要甘于坐冷板凳,但只要出了原创性成果,在人类解决自身发展面临的资源、环境问题上却意义重大。

    比如,地壳熔融研究本身就很难取得成果,就算有所突破,也会因难懂的专业词汇而让人难以理解,更难走进普通公众的视野。但其研究成果对深部找矿、矿产成因、成矿规律等研究却具有重要的指导意义。

    “无论是从我国地学进步,还是从地学支撑经济社会发展的角度看,国家都应采取切实措施营造更好的基础研究环境。”曾令森说。

    就如何营造好的基础研究环境,曾令森建议,一方面,要营造良好的基础研究氛围。与应用研究不同的是,基础研究与应用转化、形成经济效益还有相当距离。因此,即使国家出台了鼓励科技人员兼职、以专利创业等诸多支持政策,基础研究人员仍难以享受。要让科技人员心无旁骛地醉心于基础研究,就必须从薪酬、社会地位等多方面想办法。

    另一方面,要加大基础地学研究的资助力度。一是要在各项重大科研计划中,列出一定比例的基础研究项目或经费。二是在相关基础研究项目研究周期结束后,自动安排后续或深化研究项目,以保持基础研究的持续稳定。三是可探索基础研究委托制,建议自然资源部和中国地质调查局每年梳理国际、国内重大地学基础地质问题,设立相关研究项目,与财政部协调后将项目委托给研究成果突出、诚信度高的基础研究人员。

     

    科技创新人物 曾令森:抽丝剥茧揭秘地壳演化

    在广东罗定河口开展红土壤野外调查。 卜建军 摄

    近日,中国地质调查局地质力学研究所组织相关人员在北京进行下一年度地质调查项目立项论证时,一项有关南方红土的基础地质调查项目引起了人们的关注。那么,广泛分布于我国南方地区的红土有着怎样的地质生态意义?即将推进的地质调查工作,将对开发这类土地资源、解决红色荒漠化等地质环境问题发挥哪些作用?请看地质力学所有关专家的解读——

    探寻红土水热、植被、母质条件与水、气、生物、岩石圈层物质循环的关系

    “南方红土是我国热带、亚热带以各类岩石和第四纪松散沉积物为母质发育的红色风化壳,也是我国分布最广的第四纪土状堆积之一。它与我国西北地区深厚的黄土—古土壤沉积物相对应,精确记录了第四纪的古气候环境信息。”

    地表作用与系统演变基础地质调查工程首席专家、地质力学所研究员胡健民介绍说,“早中更新世以来,在中国南方自秦岭—淮河以南、青藏高原以东广大地区发育红土沉积物,据推测面积达220万平方公里。它们是我国中、低纬度地区受第四纪季风气候影响下形成的特征沉积物,其分布、成因、来源及理化特征与新构造运动的发展、东亚季风系统的建立及第四纪全球气候变化的纬度效应均有着潜在耦合关系。”

    比如,南方网纹红土属富铝红色沉积物,呈强酸性,高度风化,主要形成于中更新世—晚更新世早期,经历了长期相对湿热的气候环境。但从沉积物颜色变化、粒度组成、化学成分、孢粉组合等指标看,网纹红土并不是在持续湿热背景下形成的,其间可能经历了相对冷湿或凉干的气候。这样说明中国南方古气候存在多个“沉积—成土—构造”过程的旋回。

    可见,红土中隐藏着反映气候周期性变化的“密码”,记录了全球气候变化、青藏高原隆升所引发的季风环流的形成与发展的过程,特别是中更新世全球气候和环境巨变等构造—气候事件,并且可与北方黄土—古土壤序列以及深海沉积记录相对比。

    那么,为什么与西北地区的黄土沉积相比,有关南方红土的研究相对薄弱呢?

    专家指出,中国南方湿热气候导致的强化学风化作用,使得红土的原始沉积学信息在成土过程中被显著改变。而正是由于红土成因的多元性、物质来源及沉积模式的不确定性,阻碍了科学家对中国南方红土的认识以及对其所含古气候信息的提取,阻碍了对第四纪全球变化及区域气候相应的认识。

    地球系统科学是地质调查工作的理论基础。

    近年来,地学界已开辟红土成土过程与全球变化研究的新方向,将红土的成土过程与宏观时空变化相结合,探寻红土水热、植被、母质条件与水、气、生物、岩石圈层物质循环的关系,以及红壤物质循环对环境和全球变化的影响。“目前,亟需获得中国南方红土沉积物地球化学信息及有效物源指标,探究南方红土表生风化特征及沉积物的来源,从而认识南方红土蕴含的有关圈层相互关系的地质记录。”胡健民说。

    探查红土区生态地质环境演变规律,助力南方红土丘陵区生态脆弱性的改善

    自然资源部成立之后,基础地质调查工作正在从支撑矿产资源向自然资源转变。只有查明自然资源的物质基础和空间载体,才能为支撑自然资源管理、经济社会发展、生态文明建设提供基础信息资料和科学决策依据。

    “在当前和今后一段时间,基础地质调查工作将着力解决自然资源和生态环境关键基础地质问题,深化多圈层交互作用调查,全面支撑服务自然资源管理和生态文明建设。”胡健民告诉记者,红土分布区涉及多种类型重要生态系统,是生态环境比较脆弱的地方,人地关系矛盾极为突出。

    这与红土区地形起伏多变、降水时空不均匀等自然条件和红土自身酸、瘦、黏的性质有着很大关联。加上人类的不合理开发利用,导致中国南方红土生态系统面临着水土流失、土壤酸化、肥力退化、季节性干旱、土壤污染、生物退化、石漠化及土地沙化、耕地面积缩减和系统功能衰减等一系列生态环境问题。

    红土区的生态环境脆弱性表现为:土层较薄,肥力贫瘠;人口密度大,人为活动强烈、土地严重过垦,土壤质量下降明显;自然植被破坏严重,雨量多而集中,暴雨强度大,水土流失严重。

    资源潜在的生产能力得不到应有的发挥,整个地区农业及经济持续发展必然受到严重影响。

    目前,我国对红土的认识尚存在一些不足:一是对红壤肥力的现状及其分布认识的不足;二是对红土质量的评价指标和保护认识不足,评价指标上偏重于土壤化学和物理性质的评价;三是对红土的认识缺乏系统性和整体性,未将其看成一个生态系统。

    认识上的不足,也大大限制了人类对红土区自然资源的合理开发和利用。

    “因此,我们在明年的地调项目中特地安排了有关南方红土覆盖区的基础地质调查项目,着重对红土与环境变化进行研究。”胡健民说。

    地质力学所副研究员傅建利告诉记者,当前国际土壤学围绕环境与农业问题,形成了以研究土壤与环境保护、土地覆被与土地利用、土地评价、土地退化与修复、全球变化与区域治理等重大问题为核心的综合研究趋向。我国也应加强对红土的综合性研究,尤其要关注自然和人为活动影响下红壤生物地球化学循环、红壤丘陵区地表侵蚀速率及其动力学、红壤退化的时空变化和退化机理、土壤温室气体及其源汇领域研究,从而揭示现代生物气候条件和人类活动对红土表层的影响与改变,为现代生态环境恢复奠定基础。

    深化对“红土荒漠化”等灾害的认识,服务区域经济发展规划和防灾减灾工作

    严重的水土流失还会造成红土覆盖区“红土荒漠化”等地质灾害。

    华南红土区具有中亚热带优越的生物气候条件,是我国热带和亚热带经济及粮食作物的重要生产基地。由于该区雨量丰沛但时空分布极不均匀,洪涝与干旱并存,同时坡面分布广泛,加上长期对土地资源的不合理开发与利用,整个地区水土流失十分严重,其严重程度并不亚于黄土区。

    据统计,长江流域以南的红土丘陵地区水土流失涉及琼、粤、桂、湘、赣、闽、鄂七省( 区 ),水土流失面积已达 220万平方千米,仅长江上游地区就达35.2万平方千米,水土流失区的土壤流失量高达15.6亿吨。

    另据国家林业局统计,我国南方的湿润沙化土地分布面积达到0.88万平方千米,范围包括浙江、福建、江西、湖南、湖北、广东、广西、海南、贵州、云南、四川、重庆等12个省(区、市)的260个县(市、区)。

    红土荒漠化是中国南方湿润区水土流失的一种重要形式。如东南沿海及江南丘陵山地区的花岗岩、红色岩系和红土分布区等生态脆弱带出现的土地荒漠化,其基本特征为基岩裸露和生态功能丧失,其中劣地式红层荒漠是通过表土层被流水侵蚀,造成红层基岩或其风化壳斑点状暴露作为开始,进而形成大面积的裸露的红层基岩或密集侵蚀沟的劣地式红色荒漠,俗称“红砂岭”或“牛肝地”。这些地区植被演替脱离湿润区的生态发展轨迹,形成旱生灌丛群落,并最终失去生物生产力,土壤含水量降低,有机质减少直至完全检测不到有机质,变成寸草不生的裸地。

    红土荒漠化不仅造成大量的水土流失,而且也存在严重的地质灾害、水资源和水环境以及土地退化等问题,对区内的道路建设与养护、城镇建设、工农业生产和居民区安全也构成隐患。

    “严重的水土流失,已严重影响了人民的生存环境,不仅危害人类的健康和生命,也严重影响了人类的生产和生活活动。加深对红土区地质灾害发育规律的认识,不仅能有效服务于区域的防灾减灾工作,而且对于国土资源的合理开发利用、城市建设和区域经济发展规划等提供科学依据。”胡健民表示。

    加强现代化地质调查,促进人类对红土区自然资源的合理开发和利用

    人地矛盾的解决,依赖于该区基础地质调查资料的支持,特别是对反映地区特点的自然资源和地质环境条件,综合评价地区资源环境承载能力的综合调查。

    虽然,之前地质工作者曾对南方红土区进行过基础地质调查等多方面的区域地质工作,对红土区分布区的基岩和构造等基础地质有了清晰的认识,对长江下游流域的红土层的沉积结构和元素地球化学特征及成壤作用过程和古气候记录等也开展了大量研究,但是对于不同红土类型的划分和空间分布及其与之相关的生态环境问题方面的研究仍显不足,无法满足当前区域经济发展和生态文明建设对基础地质调查工作的要求。

    自然资源部成立之后,地质调查工作积极拓展工作领域,将开展数量、质量与生态“三位一体”的多门类自然资源综合调查。不仅将针对山水林田湖草共同体,大力加强资源环境承载能力调查评价、监测预警和国土空间适宜性评价,而且将加强地球多圈层交互作用研究,提供地球系统科学解决方案。

    傅建利说:“地球表层系统是一个相互作用的耦合系统,红土作为地球表面最表层的地质体,是深、浅部和人类及大气等圈层综合作用的结果。红土的形成演化既受母质基岩岩性控制,又受到气候的影响;同时,红土的发育受地表水圈和人类活动的影响,同时又影响地表水圈的演化和人类的活动。加强对地表红土层为重心的综合调查,深化对红土成因机理的认识,将对科学合理、绿色高效开发利用红土区资源有着重要意义。”

    “地质力学所正在组织力量,从统一的生态系统整体角度,针对南方不同类型红土地层记录的热带亚热带地区古气候古环境演变过程、南方红土区水土流失和红色荒漠化等地质灾害发育规律、不同类型红土的理化性质和发育过程对地球表层系统的响应等三个方面开展地质调查和研究,为优化国土空间开发格局、构建可持续的山水林田湖草生态体系提供基础地质图件及科学理论依据。”傅建利介绍说。

     

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    南方红土是我国热带、亚热带以各类岩石和第四纪松散沉积物为母质发育的红色风化壳, 也是我国分布最广的第四纪土状堆积。因此,南方红土大致可以划分为两种类型:一类是以第四纪松散堆积物为母质发育的红色风化壳,另一类是以各种基岩为母质发育的红色风化壳型。

    加积型红土是以松散沉积物为母质的红色风化壳,一般称为南方红土,其中分布在长江中下游地区的加积型红土,主要包括网纹红土、下蜀土和成都黏土等。

    风化残积型红土以各类基岩为母质发育的红色风化壳也可称为风化残积型红土,主要分布在长江以南地区。按照其母质的分布,大致又分为两个区域,第一个区域以碳酸盐岩为母质发育的风化壳,主要分布在我国西南的云贵高原、四川东部、广西、广东北部、湖南西部及湖北西部的岩溶山区,厚度一般较小;第二个区域以花岗岩、砂岩、变质岩、玄武岩为母质发育的风化壳,主要分布在我国华南的广大区域,厚度不一。

    另外,在我国浙江、福建、广东等地的沿海岬湾地区的向岸风岸段台地上断续分布着一种红色、棕红色半胶结的中细砂风成沉积物,经后期风化,这些沉积物的上部呈红色、棕红色甚至出现网纹红土,地质调查中一般泛称这些砂质沉积为“老红砂”。

    破译环境气候周期性变化“密码”