科普：探尋海底的秘密——地質(zhì)和地球物理調(diào)查簡(jiǎn)介

近日，由自然資源部組織的中國(guó)第13次北冰洋科考全部作業(yè)順利結(jié)束。其中，地質(zhì)和地球物理調(diào)查作業(yè)是本航次作業(yè)的重要組成模塊。

地質(zhì)和地球物理調(diào)查究竟是什么？相關(guān)研究有何意義？本航次的作業(yè)亮點(diǎn)又有哪些？

地質(zhì)與地球物理調(diào)查

在向記者解釋地質(zhì)與地球物理調(diào)查前，中國(guó)第13次北冰洋科考隊(duì)隊(duì)員、自然資源部第二海洋研究所副研究員沈中延拿出了一個(gè)蘋(píng)果。

“想知道這個(gè)蘋(píng)果的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，拿出一把水果刀，想怎么切就怎么切?！鄙蛑醒诱f(shuō)，“但是，對(duì)于表面70%以上被水覆蓋的地球這個(gè)‘大蘋(píng)果’而言，我們沒(méi)辦法切開(kāi)它。所以，要借助一些方法來(lái)搞清楚它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)?！?/p>

于是，海洋科學(xué)家們經(jīng)過(guò)探索、實(shí)踐，形成了海洋地質(zhì)和海洋地球物理兩門(mén)學(xué)科。

這是中國(guó)第13次北冰洋科學(xué)考察隊(duì)在北極點(diǎn)附近的冰站調(diào)查作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)（2023年9月5日攝）。新華社記者魏弘毅攝

沈中延介紹，海洋地質(zhì)，即通過(guò)獲取海底沉積物、巖石等樣品進(jìn)行分析研究，以研究地球物質(zhì)組成及地質(zhì)環(huán)境演變的學(xué)科。海洋地球物理，則是通過(guò)研究地球的重力、磁場(chǎng)等物理特性，來(lái)研究它的內(nèi)部構(gòu)造、結(jié)構(gòu)以及演變過(guò)程的一門(mén)學(xué)科。

在本航次作業(yè)中，圍繞兩門(mén)學(xué)科開(kāi)展的作業(yè)合稱“地質(zhì)和地球物理調(diào)查”。

關(guān)于兩門(mén)學(xué)科的區(qū)別，沈中延解釋說(shuō)，“海洋地質(zhì)研究通過(guò)海底取樣的方式分析樣本，并根據(jù)觀察與分析得出結(jié)論；海洋地球物理研究則需要通過(guò)專業(yè)儀器設(shè)備，采用物理手段進(jìn)行探測(cè)，得出數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。二者的核心區(qū)別，就看在作業(yè)中是否存在取樣環(huán)節(jié)。簡(jiǎn)言之，取樣，就是海洋地質(zhì)研究；不取樣，就是海洋地球物理研究?！?/p>

科學(xué)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值兼具

在此次北冰洋科考中，重力柱取樣是一項(xiàng)重要的作業(yè)內(nèi)容。其具體操作方式是將相關(guān)設(shè)備沉入海底，從海底泥表向下垂直取樣，獲得長(zhǎng)達(dá)幾米的海底沉積物柱狀樣本，并通過(guò)分析樣本由深至淺的地質(zhì)信息變化，從而了解地球地質(zhì)歷史環(huán)境演變。

2023年8月12日，中國(guó)第13次北冰洋科學(xué)考察隊(duì)隊(duì)員在布放海冰物質(zhì)平衡浮標(biāo)。新華社記者魏弘毅攝

中國(guó)第13次北冰洋科考隊(duì)隊(duì)員、浙江大學(xué)博士生童政毅介紹，一般來(lái)說(shuō)，離陸地越遠(yuǎn)，海底沉積物的沉積速度越慢?！拔覀儓?zhí)行作業(yè)的加克洋中脊海域靠近北冰洋中心區(qū)域，幾米長(zhǎng)的泥樣，可能包含了長(zhǎng)達(dá)上萬(wàn)年的地球環(huán)境、氣候演變信息?！?/p>

除了能幫助人們更好地認(rèn)識(shí)地球，海洋地質(zhì)和海洋地球物理研究同樣具有實(shí)用價(jià)值。

“比如，在城市基建的拓展中，勘探人員可以通過(guò)專業(yè)的儀器發(fā)現(xiàn)地下空洞，從而對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行規(guī)避。此外，海洋地質(zhì)和海洋地球物理研究在考古、地下水勘探、資源勘探等方面也能起到至關(guān)重要的作用?！鄙蛑醒诱f(shuō)。

海洋地質(zhì)與海洋地球物理的研究“利器”

除了上文提到的重力柱取樣，本航次海洋地質(zhì)研究的重要設(shè)備還有碎石取樣器。

童政毅表示，該設(shè)備主要取樣海底火山噴發(fā)所產(chǎn)生的火山玻璃層，通過(guò)分析其化學(xué)成分和形成時(shí)間，進(jìn)而指示該處在一定時(shí)間尺度內(nèi)的環(huán)境變化。

記者觀察到，碎石取樣器的外觀同樣是柱狀，其下部和上部有許多蠟塊。取樣時(shí)，取樣器沉入海底，蠟塊會(huì)接觸海底底質(zhì)，將海底的火山玻璃“粘”上來(lái)。

而整個(gè)地質(zhì)與地球物理調(diào)查作業(yè)中最精彩的環(huán)節(jié)，莫過(guò)于海底大地電磁儀（OBEM）和海底地震儀（OBS）的布放和回收。

2023年8月4日，在“雪龍2”號(hào)極地科考破冰船尾甲板，科考隊(duì)員在清理、收集底棲生物拖網(wǎng)拖上來(lái)的樣品。新華社記者魏弘毅攝

中國(guó)第13次北冰洋科考隊(duì)隊(duì)員、自然資源部第二海洋研究所助理研究員劉亞楠介紹，OBEM和OBS均為地球物理研究的重要設(shè)備，是經(jīng)過(guò)組裝之后的球狀監(jiān)測(cè)儀器，呈橘黃色，在使用時(shí)投放海底進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并在當(dāng)個(gè)航次進(jìn)行回收。

據(jù)介紹，OBEM和OBS分別會(huì)采集海底的電阻率信息和微小地震波，通過(guò)兩項(xiàng)指標(biāo)反饋出的數(shù)據(jù)，來(lái)指示海底地表之下的地質(zhì)特征。“舉個(gè)例子，地震波在穿過(guò)致密程度不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，速度會(huì)有變化。我們會(huì)通過(guò)該項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，判斷出探測(cè)位置的海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)?！眲嗛f(shuō)。

OBEM和OBS的回收，簡(jiǎn)稱“撈球”?；厥諘r(shí)，考察隊(duì)將船開(kāi)回設(shè)備投放地點(diǎn)，設(shè)備會(huì)收到船上發(fā)出的信號(hào)，從海底浮上海面。此時(shí)，許多科考隊(duì)員都會(huì)聚集到駕駛臺(tái)，尋找浮上來(lái)的“橘色斑點(diǎn)”，之后再由科考隊(duì)員將設(shè)備打撈上來(lái)。

據(jù)中國(guó)第13次北冰洋科考隊(duì)領(lǐng)隊(duì)王金輝介紹，本航次考察隊(duì)進(jìn)行了7臺(tái)OBEM和5臺(tái)OBS的布放，并成功回收其中10臺(tái)設(shè)備。其中OBS成功回收率達(dá)100%，刷新極地高緯密集冰區(qū)成功回收紀(jì)錄。（記者魏弘毅）