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汪品先. 我国参加大洋钻探的近十年回顾与展望. 地球科学进展, 2014, 29(3): 322-326[Wang Pinxian. China’s Participation in the Ocean Drilling Program: Decade Retrospect and Future Prospect. 地球科学进展, 2014, 29(3): 322-326]  
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我国参加大洋钻探的近十年回顾与展望
汪品先
同济大学海洋地质国家重点实验室, 上海 200092

汪品先(1936-),男,江苏苏州人,中国科学院院士,主要从事海洋地质与古环境研究.E-mail:pxwang@tongji.edu.cn

修回日期:2013-03-17
摘要

1999年南海首次大洋钻探,有力促进了中国的深海研究,使中国进入了国际深海研究的前沿。15年后第二次南海大洋钻探的实施,标志着中国在该国际计划中作用的加强。回顾了参加IODP 10年(2003—2013年)来深海研究的进展,并展望未来,讨论中国大洋钻探在新10年IODP(2013—2023年)中的打算。中国大洋钻探提出了分3步走的发展计划:第一步争取再实现1~2次“互补性(CPP)”大洋钻探航次;第二步学习欧盟,争取也成为IODP的“钻探平台提供者”;第三步和国际科技界合作,建造新一代的中国大洋钻探船。

关键词: 深海研究; 大洋钻探; 地球连接
中图分类号:P714+.6 文献标志码:A 文章编号:10.11867/j.issn.1001-8166.2014.03.0322
China’s Participation in the Ocean Drilling Program: Decade Retrospect and Future Prospect
Wang Pinxian
State Key Laboratory of Marine Geology, Tongji University, Shanghai 200092,China
Abstract

The first ODP cruise to the South China Sea in 1999 has significantly promoted deep-sea research in China and introduced the Chinese community to the international scientific frontiers. After 15 years, the on-going second IODP expedition 349 marks an enhanced role of China in the international program. The present paper reviews the progress in deep-sea researches in China as a member of IODP over the decade (2003-2013), and looks ahead to discuss the plan of IODP-China in the next decade IODP (2013-2023). It is proposed to develop ocean drilling research activities in this country though three successive steps: to implement 1~2 more CPP expeditions, to provide drilling platform for IODP following the EU example, and to build a new- generation ocean drilling vessel in China in cooperation with the international community.

Keyword: Deep-sea research; Ocean drilling; Earth Connection.
1 大洋钻探与中国

大洋钻探在1968年开始时叫“深海钻探(DSDP)”,当20世纪70年代末期“板块学说”传到中国之后,以其重大的科学发现震撼了中国的地学界。80年代随着“大洋钻探(ODP)”新阶段的逼近,通过旅美地质学家许靖华等[ 1, 2]的介绍,国内学术界推动中国参加大洋钻探国际计划的呼声越来越高,组织了“大洋钻探委员会”以争取加入。但是在当时严重缺乏外汇的情况下,每年几十万美金的成员费简直是天文数字。直到1996年国务院批准参加国际大洋钻探后,于1998年才正式加入。幸运的是我们提出的南海大洋钻探建议书,在全球各国建议书的评比中以第一名的优势脱颖而出,1999年春就实施了南海的ODP 184航次,在中国科学家提议、设计和主持下,实现了中国海域首次的深海科学钻探(表1)。

首次南海大洋钻探采集了5 460 m的深海岩芯,取得了西太平洋海区最佳的长期沉积记录,发现了气候演变长周期等多种创新成果,使我国一举进入国际深海研究的前沿。15年前的中国,对深海研究完全陌生,之所以能如此迅速地取得进步并非偶然,是中国强大的地质队伍和人才优势的反映。早在20世纪80年代就有青年学生通过向国外申请大洋钻探样品,出色完成了博士论文,1989年被邀赴英国在国际古海洋大会作大会报告,这就是同济大学的王律江(1963—1999年)。

南海大洋钻探的成功,进一步推动了我国的深海研究。184航次为西太平洋海区提供了最佳的晚新生代沉积记录[ 3],揭示了季风演变的长期趋势和大洋碳储库的长周期[ 4]。大洋钻探在学术上创造的成绩,被誉为“一次‘地质大发现’性质的深海钻探活动”[ 5]。然而南海大洋钻探的意义远不止于古环境研究,客观上为南海的深海油气勘探和深海地质地球物理的调查提供了“标准井”。而更深远的意义是促进了我国深海研究队伍的成长,组成了“大洋钻探历史上第一个中国团队”[ 6]。

表1 大洋钻探4个阶段与中国的参与程度 Table 1 Four successive programs of ocean drilling and China’ participation
2 近10年的回顾

2003年,国际学术界兴高采烈地迎来了大洋钻探的第三阶段即IODP(表1),这不单是因为新10年振奋人心的学术目标[ 7]和当时“新千年”伊始的特殊气氛,更是因为大洋钻探平台从1个扩展到3个:除了美国万余吨的“决心号”之外,又增添了日本5万t的“地球号”立管钻探船和欧盟的特定任务平台,人们指望着国际大洋钻探会以加倍的力度开展。但是事与愿违,对比一下ODP与IODP完成的航次数量,就会发现新10年执行航次的速率明显下降(表2)。船多了航次反而少了,这是怎么回事?

表2 综合大洋钻探计划(IODP)与大洋钻探计划(ODP)完成航次数量比较 Table 2 Number of completed expeditions: Comparison between ODP and IODP

首先是原油价格,在21世纪前10年就翻了2番,航次成本的暴涨使原定的预算计划落空。其次是金融危机,各国政府支持科学大计划的力度难以为继。美国和日本的钻探船都只有一半左右的时间执行IODP任务,欧盟也没有能力完成原定数量的航次。另外,日本“地球号”虽然2002年下水,开始大洋钻探却已经接近2007年底,2011年又受到大地震的伤害,进展并不理想。叠加起来的效果,使整个IODP的进展放慢。尽管如此,IODP 10年仍然取得了辉煌的成绩,技术上“地球号”创立了钻进海底以下2 466 m的新纪录;科学上欧盟破冰船在北极水域执行钻探航次,揭示出北冰洋5 000万年前曾经是暖温带湖泊的惊人历史;而美国“决心号”2009年再度改装后以全新面貌投入IODP,在赤道太平洋成功获取5 300万年来古赤道太平洋连续沉积物断面[ 8],完成了10年中将近2/3的航次(表2)。

虽然IODP航次总数不多,我国参与的次数却有明显增加。10年中全国有18个单位36位科学家上船参加了大洋钻探航次,有76位研究生完成了以大洋钻探为题的学位论文。我们不仅积极参加讨论2013年后大洋钻探新计划的国际学术活动,还积极提出在我国海岸外进行大洋钻探的建议书,包括追溯长江历史的东海建议[ 9]和探索边缘海盆张裂过程的南海建议[ 10],为当前在大洋钻探第四阶段(表1)初期的旗开得胜准备了条件。

面对一时的困难局面,国际学术界并没有气馁,而是积极进行学术准备,迎接下一个研究高潮的来临。在IODP 10年的后期,先是2009年在不莱梅举行了INVEST大会讨论第四轮大洋钻探的科学目标,其中我国是出席会议人数最多的6个国家之一[ 11]。在此基础上,出版了2013—2023年IODP宏伟的科学计划《照亮地球:过去,现在与未来》[ 12]。由于美国“决心号”钻进的深度超不过2 000 m, 而新10年计划提出了大量深钻的要求,只有依靠日本“地球号”立管钻探船才能完成。为此,2013年4月在东京召开了“Chikyu+10”国际学术讨论会,成立了包括本文作者在内的19人国际指导委员会,研讨“地球号”新10年的科学目标,得出了由5大主题、8大“旗舰”项目组成的学术计划(表3)[ 13]。科学计划范围广阔、气魄宏大,但是在会上就有专家指出,指望“地球号”现在的进度去实现所列的科学目标并不现实,这次研讨只能为今后立管船钻探的项目选择提供优先程度的排序。

3 新10年的展望

2014年初,新10年IODP的海上工作正式启动,具有象征意义的是首航从中国开始。“决心号”15年后重返南海,执行IODP 349航次,与当年ODP 184航次不同的是中国在这项国际合作项目中所处的地位(表4)。15年前南海首次大洋钻探时中国

表3 地球号新10年优先科学项目[ 13] Table 3 High-priority projects identified at Chikyu+10[ 13]

是个“参与成员”,每年交50万美金;现在我们是每年交300万美金的“全额成员”,而且还为南海航次提供600万美金资助,使之成为“互补性项目”(CPP),提前安排为2014年的首航。184航次中国大陆只争取到3个名额,加上作者作为首席科学家共4人参加;而349航次我国上船科学家有13人,加上海外华人几乎占科学家总数的2/3。此外,钻探的目标任务也更加繁重:15年前是在水深2 000~3 000 m的地方打钻,而这次水深都在4 000 m左右;上次钻井最深进尺850 m,而且只打沉积岩,这次最大的井深将近2 000 m,还要钻探硬岩石——大洋壳的玄武岩。2013年10月,我国又提交了新的南海大洋钻探建议书,力争在近3年内实现南海第三次大洋钻探。最近又开始酝酿西南印度洋大洋中脊的钻探建议,如果都能实现,将是我国深海研究一次重大的跃进。

表4 南海2次大洋钻探的比较 Table 4 A comparison between two “JOIDES Resolution” cruises to the South China Sea

2011年中国IODP专家委员会提出了我国大洋钻探发展3步走的方案:近期内利用“互补性项目”的新机制,争取再实现1~2次我国主导的大洋钻探航次;中期目标是学习欧盟租船打钻的方式,成为IODP的“平台提供者”之一,由我们自己组织大洋钻探航次,积累经验、壮大队伍;长期目标则是建造中国的大洋钻探船,登上深海研究国际舞台的高峰。目前,我们的近期目标正在实现之中,当务之急是积极筹备中期目标,争取像欧盟那样成为大洋钻探的“平台提供者”,这尤为重要,也是更加艰巨的任务,要争取建造中国自己的大洋钻探船。

大洋钻探船好比深海研究中的“航母”,在国际合作中谁拥有船只谁就掌握了主导权。大洋钻探计划自从建立以来,一直是美国领导,也只有美国拥有大洋钻探船。20世纪90年代日本科技界上书首相建议建造自己的大洋钻探船,说日本将“因拥有此种设备而得到在发展新兴科学中起领导作用的机会”。果然,日本建造了有美国钻探船5倍大的“地球号”钻探船,在IODP 10年中和美国分享领导权。但是“2个太阳”的日子并不长,2013年美国国家科学基金会突然宣布分家:日本和美国2条船在“大洋钻探”总计划下分头经营,现在我们和20多个国家参加的是美国的部分,来南海钻探的也是美国的“决心号”船。

目前看来,新10年IODP的科学目标虽好,但要实现并不容易。新计划中最突出的亮点是“地球连接(Earth Connection)”,或者叫“行星循环 (Planetary Cycle)”,也就是把地球表面和地球内部结合起来研究[ 14]。20世纪80年代以来全世界热衷于研究“全球变化”,在地球表层穿越大气、海洋、生物和岩石圈探索水循环和碳循环,后来却发现地幔里的水和碳都要比地球表面圈层中的多得多;更不用说,地球表面构造和岩浆活动的根源在地球内部。只有把地球内部和表层结合起来,才能正确理解地球表面的过程,正确预测人类生存环境的未来,这就是“地球连接”。但是人类“入地”的能力远逊于“上天”,地球半径超过6 300 km,而最深的钻井只有12 km。深海海底是最贴近地球内部的地方,也是探索地球内部过程的捷径。但是在海底打深钻并不容易,需要有泥浆循环的“立管钻探”。日本“地球号”就是为此而建的,首次启航时声称要去“打穿地壳”,但是几年下来并不顺利,穿过大洋壳的技术问题远未解决,地学界几十年的“莫霍钻”之梦,至少10年内难以实现。上面说到的“地球号”新10年科学目标,重点正在于“行星循环”(表3)[ 13],但是这类项目要求整年、甚至多年的钻探航次,以目前“地球号”的钻探进度,所定科学目标可能缺乏现实性。

由此预料:2023年新10年IODP结束之时,国际大洋钻探计划将面临缺乏手段的困境。美国“决心号”造于1978年,虽然曾两度翻新,现在状态极佳,但毕竟已是“夕阳”晚年,早晚必然退休。日本“地球号”先进,但是太大,每天花销50万美金, “攻坚”的技术上也欠成熟。目前北欧发展的新技术为走出困境带来了一道曙光:可以采用新技术将泥浆泵放在海底,从而建造出美国钻探船的大小而具有日本钻探船的功能,比现有2艘船都更为先进的新一代大洋钻探船。目前看来,美国、日本、欧盟3方都不可能承担这项任务。因此,2013年后的国际大洋钻探计划建造新船的任务,历史地落到了中国身上。

这正是中国IODP专家委员会提出的远期目标:建造新一代钻探船。如果中国能够下定决心,走通过科技与产业相结合、独立自主和国际合作相结合的道路,建造自己的大洋钻探船,就将能问鼎世界深海研究的顶层,向建设海洋强国跨进一大步。但是建造新一代大洋钻探船,将要面临巨大的技术难关。当前一方面需要早日决策,尽早开始筹备;另一方面必须深入调研,加紧建设自己的深海科技队伍,将来才能挑起建设和使用“航母”的重担。我国深海研究的起步比许多国家都晚,深海科技与国际前沿的差距也比许多领域都大。虽然我国的海洋事业,目前正经历着郑和下西洋600年来的最佳时机,但也只有采用非常规的对策,才能早日实现建设海洋科技强国的理想。大洋钻探作为深海探索的前沿阵地,正是我们可能的突破口。如果真能抓住机遇、实现深海科技的跨越式发展,必将能为华夏振兴作出全方位的历史贡献。

The authors have declared that no competing interests exist.

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