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古生物学家入南海记

2017-06-08 中科院南古所 科学大院
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无人机侧拍”决心“号大洋钻探考察船

刚刚过去的6月5日,是“决心”号大洋钻探船在中国南海科考的第57天,为期63天的科考工作已经接近尾声。

中国科学院南京地质古生物研究所研究员李保华,正在船上撰写着航次报告中的古生物部分,船体的轻微颠簸,他早习以为常。

作为古生物组的主要负责人之一,李保华在整个科考中,一直保持着高度的责任感,并且投入更多的精力。

这是李保华第二次参与大洋钻探考察船,然而,仍然抑制不住内心的激动。

“能够在西太平洋最大的边缘海——我国南海亲自参加国际合作IODP航次,是我多年的愿望。”李保华如是感慨。

李保华提到的IODP究竟是什么?我国的古生物学家搭乘“决心”号大洋钻探船科考中究竟又有何收获?海洋科考是怎样一种体验?且听我们慢慢道来。

关于国际大洋发现计划

国际大洋发现计划(IODP)367/368航次是由中国科学家建议、设计并主导。国际大洋发现计划前身为“深海钻探计划“(DSDP)、“大洋钻探计划”(ODP)与“综合大洋钻探计划”(IODP)。新十年的“国际大洋发现计划”从2013年底正式启动,其科学目标是:理解海洋和大气的演变,探索海洋深处的生物群,揭示地球表层与地球内部的连接,研究导致灾害的海底过程。

李保华参加的这次(IODP368航次)大洋钻探科学考察船上的科学家团队,是一个包括沉积学、微体古生物学、岩石学、地球化学和古地磁学等多学科在内的国际科学家综合研究集体。

对科学家们而言,在南海上进行近两个月的航次考察钻探过程,是开拓视野、参与国际前沿海洋科学研究的重要途径。

IODP368航次科学家合影

有孔虫与大洋沉积物时代

作为随船微体古生物学家的李保华,在考察船上的主要工作就是,通过有孔虫等微体化石的古生物地层学研究,为大洋钻探过程中目标层位的确定提供关键信息。

本次考察发现的浮游有孔虫照片

有孔虫,因其能够分泌钙质或硅质外壳,且壳上有一个大孔或多个细孔,以便伸出伪足,尤其以不同房室隔壁间孔而得名。它是一类古老的单细胞原生动物,5亿多年前便出现在海洋中,有记载的种类多达数万种。

个体有孔虫,生命短暂,分为浮游有孔虫和底栖有孔虫。一旦死亡,浮游有孔虫便会向海底沉降。加之,有孔虫演化速度快,每隔几万年或者几十万年,它就会变成另一种形态。

从漫长的地质时间尺度上来看,基本可以认为浮游有孔虫在全球出现的时间是等时的。这一因时而变的特点,为富含有孔虫的大洋沉积物按上了时代的“烙印”。

李保华于2012年初参加IODP339航次在葡萄牙岸外北大西洋取得的有孔虫样品

有孔虫与海洋环境

除了作为推断地层“年龄”的工具外,有孔虫还能告诉人类当时所处的海洋环境,“哪里来的风”……

古生物学家可以根据标志性的有孔虫及其组合,标示出当时所处的环境,如:冷水环境、暖水环境或者过渡性水体环境。

有孔虫在生长过程中,会吸收生活环境中海水里的镁和钙,其比值的变化,能反映海水多种环境参数的变化。李保华曾经做过研究,根据有孔虫壳体的镁钙比,重现了45万年来南海西部表层海水古温度的变化史。

有孔虫壳体氧同位素的组成,与其所处水体环境中的氧同位素组成有对应关系。其壳体中氧18和氧16之比的比值高,意味着当时地球的中高纬度更为寒冷;反之,则更为温暖。

此外,通过有孔虫还可以研究出季风的演化。季风驱动上升流可以导致海洋生产力升高和温跃层变浅。代表高生产力的浮游有孔虫相对丰度增高,生活在混合层中的浅水种有孔虫比例降低,是季风加强的重要标志。

李保华于2012年初参加IODP339航次在葡萄牙岸外北大西洋取得的有孔虫样品

古生物学家船上船下那些事

微体古生物学在航次考察中的工作就是在随着钻探过程,根据古生物演化的独特性,分析沉积物是哪个年代的。有孔虫和钙质超微化石两门类为古生物学家随时提供精确的生物地层学数据,以确定钻井层位,指导下一步工作。  

IODP368航次古生物学家团队与第一管岩心头部样品(core catcher sample),合影后排中为南京古生物所李保华研究员 

李保华自1994年研究中德合作“太阳”号航次岩心材料的浮游有孔虫开始,一直从事南海古海洋学研究,并多次参加国际合作研究。

总共参加两次国际大洋发现计划的李保华,第一次是2011年参加综合大洋钻探计划“地中海溢出流”航次大西洋考察。第二次便是此次在我国南海参加国际合作IODP航次。

“不打无准备之仗”,为更好参与本次考察,李保华特意利用赴英合作研究的机会,专门到伦敦自然历史博物馆,进行了两周馆藏标本的观察。

李保华正在进行有孔虫化石分析

即便在船下做好充足的准备,到了船上,困难依然存在。

对于参加大洋科考的科学家来说,海上考察最大的困难,便是晕船。有时海况略差、海浪大,晕船是在所难免的,为不影响工作,科学家们都尽量在海况较好的时期内多做些。

不过,天公作美, 南海对此次的IODP368航次还是相当的“温柔”,大多时间海面都是平静的,基本上未曾影响到工作。

目前,该考察钻探发现了南海新生代海相记录最长、最连续、保存最好的微体古生物序列。

对于中国科学家来说,此次IODP367/368航次考察意义非凡,此次考察是为中国的海区进行钻探工作,他们倍感责任重大。

“我们需要解决的是南海构造形成演化的基本时代、环境问题,可以为我国的南海新生代海相地层研究贡献一份力量,更具有自豪感、干劲更足。”那份自豪感早已从李保华的眼神中流露出来。

随着研究的逐步开展,相信科学家们将对我国南海大洋沉积及其反映的环境演变等获得更多的认识。

(文章首发于科学大院,中科院南京地质古生物研究所供稿,转载请联系cas@cnic.cn)




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