在南海追尋地球演化的奧秘

張建松

一位海洋學家曾經說：“在海底深處，流落著塵世的詩篇。”這是因為，深海沉積是地球表層系統演化的重要信息載體，讀懂這些信息密碼，就能讀懂地球演化的奧秘。同濟大學海洋與地球科學學院的研究人員15年來在南海執著追尋“塵世的詩篇”，他們詳細調查了匯入南海的180多條河流的沉積物，并在南海海底采集表層沉積物，獲得超過1500個樣品，涉及9個國家和地區，建成了全球先進的深海觀0111系統。

深海陸源物質的遠距離搬運

南海是西太平洋地區最大的邊緣海，瀕臨亞洲大陸，是全球接收陸源碎屑沉積物最多的半封閉海盆。同時，南海還具有豐富的表層和深水洋流系統，擁有保存完好的半深海沉積物質，是開展深海過程和深海沉積研究的“天然實驗室”。

2011年，國家自然科學基金委正式啟動了“南海深海過程演變”重大研究計劃，對南海展開三大方面系統研究：以海底擴張到板塊俯沖的構造演化作為“骨”，以深海沉積過程和盆地充填作為“肉”，以深海生物地球化學過程作為“血”，在巖石圈、水圈和生物圈相互作用的層面解讀南海，構建邊緣海的“生命史”。

洋流系統及其沉積動力學過程，是陸源碎屑物質從近岸到深海搬運和沉積作用的主要控制因素。以往的研究多認為，南海表層洋流是搬運陸源碎屑物質的主導因素。這種認識上的局限，是因為前期對海底沉積的調查不足以及缺乏對深層海流的直接觀測。研究人員通過采集遍布南海海底1100余個站位表層樣品，分析黏土礦物學和同位素地球化學組成，發現除了表層洋流搬運作用，南海深海洋流對陸源碎屑物質的遠距離搬運起到更為重要的作用。

通過在南海北部建成的深海沉積動力過程錨系觀測系統，研究人員還獲得了深海洋流搬運過程的原位觀測直接證據。流速在垂向上呈現“隧道狀”結構，對深海碎屑物質具有強勁的側向搬運能力。該觀測錨系還發現了海洋表層生成的中尺度渦，能夠穿透數干米水層，兩次中尺度渦引起的西南向沉積物搬運總量可達百萬噸量級，與等深流共同對南海深海沉積物的遠距離搬運起到關鍵作用。

“決心”號科考船抵達南海目標海域，進行大洋鉆探

東亞季風是重要的驅動因素

河流表層沉積物是陸地化學風化和機械剝蝕的最典型風化產物，代表流域盆地近百年來形成碎屑物質的平均效應。

研究人員通過采集南海周邊國家和地區幾乎全部河流近400個位置表層樣品，分析其m土礦物學、全巖和黏土粒級元素地球化學成分。最終發現，南海北部河流以伊利石和綠泥石為主，構造活躍，呈現中等程度的化學風化作用;而同處亞熱帶東亞季風氣候區的華南珠江等河流，則以高嶺石為主，構造穩定，呈現中等偏強程度的化學風化作用。南海西部中南半島的紅河和湄公河，由于流經構造活躍的青藏高原東南部，黏土礦物以伊利石和綠泥石為主，呈

南海海域取樣點現中等程度的化學風化作用;但泰國和越南中部河流盡管巖石背景不同，普遍受熱帶季風影響，以高嶺石和蒙脫石為主，呈現強烈的化學風化作用。

南海南部馬來半島、蘇門答臘島和婆羅洲西部的構造和巖石背景盡管截然不同，但共同受到熱帶季風的影響，以高嶺石為主，呈現出南海周邊地區最強烈的化學風化作用;而婆羅洲北部的構造活動異常活躍，形成以伊利石和綠泥石為主的黏土礦物組合，其化學風化作用仍然是強烈程度。南海東部呂宋和巴拉望島，受到巖石性質和構造活動影響，黏土礦物以蒙脫石為主，呈現中等偏弱程度化學風化作用。研究人員通過對南海周邊陸地和島嶼化學風化過程的集成研究，提出東亞季風溫暖潮濕的氣候條件是控制南海區域地表化學風化作用的一級驅動因素。構造活動由于會加快地表巖石機械剝蝕、減少化學風化作用時間，成為次級驅動因素。而巖石性質特別是中基性火山巖，在季風氣候影響減弱時，對巖石風化過程起到重要作用。

南海海域監測點

我國臺灣是最重要的物源區

物源區供給陸源碎屑物質的定量恢復，是研究地質歷史時期從源到匯搬運過程的核心環節。珠江作為世界級大型河流，以往的研究都推斷是南海北部深海陸源碎屑的主要物源區，但缺乏可靠的證據。

研究人員通過詳細調查南海北部海底及周邊潛在物源區河流的大量表層樣品，提出黏土礦物及其釹同位素是識別南海北部物源區的最有效指標;發現我國臺灣、呂宋和我國華南，是南海北部接近理想狀態的物源區端元，從而使南海成為開展從源到匯定量研究的典型地區。

南海北部近百年尺度的陸源碎屑源匯搬運過程顯示，我國臺灣僅提供伊利石和綠泥石，通過等深流沿深海陸坡向西南搬運;呂宋僅提供蒙脫石，通過表層洋流由呂宋海峽向西搬運;而我國華南主要提供高嶺石，在沿岸流和表層洋流的作用下主要西向搬運。考慮到南海區域地質、海陸格局和氣候條件，在晚第四紀以來沒有發生大的變化，從而推斷南海北部這3個端元物源區，在晚第四紀以來保持不變。

研究人員進而通過高分辨率分析深海巖芯的黏土礦物組合，定量恢復物源區供給的時間序列變化，發現晚第四紀2萬多年以來，我國臺灣給南海深海供給沉積物維持在40%～60%，呂宋供給沉積物在20%～40%，而我國華南供給沉積物主要在15%～25%。這顯示我國臺灣是南海北部深海陸源碎屑物質最重要的物源區。

文章來源：“世界科學”微信公眾號

（責任編輯：吳宇）