2022年10月，中国IODP派出中山大学吴家望副教授和北京大学庞晓雷博士参加IODP 397航次。两位科学家于2022年10月11日登上美国“乔迪斯·决心号 (JOIDES Resolution)”科学钻探船从葡萄牙里斯本启航，2022年12月11日从西班牙塔拉戈纳港口顺利返回，与船上科学团队一起圆满完成航次科学任务。航次执行期间，在中国IODP办公室的组织下，两位科学家在船上还向中国青少年开展了一场生动的“船–岸直播连线”科普活动（图1）。活动邀请北京大学黄宝琦副教授主持，围绕IODP 397航次的科学任务以及船上的工作和生活展开直播，吸引了全网350万人以及来自山西、宁夏、河南、北京、贵州等9所中学、共计1800余名中学生线下参与连线。以下简介IODP 397航次背景并分享两位科学家参加航次的感想。

图1. IODP 397航次“船–岸直播连线”科普活动

航次概况

IODP 397 航次聚焦伊比利亚边缘古气候（Iberian Margin Paleoclimate）。伊比利亚半岛边缘海相沉积物连续性好、沉积速率高、陆源输入快，可与两极冰芯和陆相记录进行良好对比，是研究古气候变化的理想材料。IODP 397航次以IODP 771建议书为蓝本，计划在伊比利亚西南边缘海域不同水深处实施4个主要站位的钻探，获取晚中新世–更新世以来高分辨连续地质记录，重建北大西洋垂向水团变化历史及其与全球气候变化的关系。

图2. IODP 397航次的科学家团队合影

该航次科学研究团队由来自10个国家的27位科学家组成（图2），航次首席科学家为英国剑桥大学的David Hodell博士与葡萄牙海洋与大气研究所的 Fatima Abrantes博士。IODP 397航次在伊比利亚边缘海区进行了4个站位（U1586、U1587、U1385、U1588）的钻探，共钻取了16个钻孔（图3），累计获取了6176.7米长的海洋沉积物，岩芯总回收率为104.2%，最老至1400万年前，覆盖了中新世–更新世以来的高分辨率连续地质记录。

图3. IODP 397航次主要钻探站位位置图

吴家望老师分享参加航次感想

本人是IODP 397航次的地球化学家，在“决心号”上主要负责地球化学样品的取样、测试和分析工作以及相关报告的撰写。船上的地球化学样品分为三类：气体、液体和固体（图4）。

图4. 本人作为IODP 397航次的地球化学家：a) 在甲板层对未切割岩芯进行取样；b) 利用液压挤压装置获取孔隙水样品；c) 对孔隙水样品进行上机测试前处理。

 首先，测定岩芯沉积物中气体组成是大洋钻探安全方案的重要组成部分，主要为了实时监测地下深部烃类和硫化氢的气体浓度，防止钻探引发深海石油、天然气泄露、甚至爆炸。因此，对于每个站位的第一个钻孔，地球化学家会在每一个9.5米长岩芯顶部进行取样（即head space样品，约10 cc）（图4a），所取样品随后在气相色谱仪进行分析测定，依据甲烷和乙烷浓度、结合地下温度情况来定量进行风险评估。在IODP 397航次中，虽然在较浅的三个站位甲烷浓度较高（最高可达30000 ppmv），但是所幸乙烷浓度较低，并未触及需要安全预警的条件。

第二，地球化学家需要测定沉积物中孔隙水的地球化学组成，不仅可以用于反映沉积环境变化，尤其是海水–沉积物界面的相互作用，而且对于判别沉积后期的早成岩作用影响具有指示意义。实际上，测定孔隙水是地化实验室的最主要工作，这是因为当沉积物岩芯从深海底取上甲板、暴露在大气环境中时，孔隙水组成会很快被改变，比如会导致Fe、Mn离子被快速氧化等。因此，当9.5米长岩芯在甲板层被切割成1.5米长岩芯段时，5–10 cm厚的全孔（whole round）沉积物即会被同时取样（图4a），之后放入钛合金容器中，加入滤网和滤膜，在液压挤压装置上以最高可达300 MPa的压力进行挤压，同时利用注射器+滤膜收集挤出来的孔隙水样品（图4b）。在IODP 397航次所钻取的沉积物岩芯中，孔隙水相对较为富足；从100 cc的沉积物样品中，大多数情况下半小时内能够挤出30 ml的孔隙水样品；孔隙水含量随着钻探深度增加而逐渐下降，大约在低于500 mbsf后，我们就很难再获取足够的孔隙水样品。

图5. IODP397航次地球化学组：a) 美国布朗大学（Brown University）博士生Bryce Mitsunaga在操作液压装置获取孔隙水样品；b) 美国德州农工大学（Texas A&M University）Lucien Nana Yobo博士在测定孔隙水样品中的pH、碱度、和盐度；c) 中山大学吴家望博士（本人）在进行离子色谱仪上机测试前的准备工作；d) 美国伍兹霍尔海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution ）Sophie Hines博士在测定孔隙水样品的氯度；e) 地球化学组合影。

第三，我们还会测定沉积物固体本身的地球化学组成，包括无机碳（即碳酸盐含量）、总有机碳、总碳、总氮、总硫等含量，以及各种主量、次量元素含量（包括Si、Al、Fe、K、Mg、Ca、Ti等）（图5）。

图6. IODP 397航次期间的会议讨论。a) 德国海德堡大学（University of Heidelberg）Jasmin Link博士在听报告；b) 美国布朗大学（Brown University）Timothy Herbert教授在发言；c) 中山大学吴家望博士（本人）在汇报最新的地球化学结果；d) 首席科学家葡萄牙海洋大气研究所（IPMA）Fatima Abrantes研究员在作笔记。

最后，非常荣幸能够受到中国IODP的选派和支持参加IODP 397航次。感谢IODP-China，这是我第一次参加IODP航次，第一次登上功勋卓著的“决心号”考察船。通过参加这个航次，我深入了解了船上工作的组织方式和流程，深切地体会到了如何围绕一个科学问题进行大洋钻探的组织工作，如何落实钻探计划、再根据实际情况不断调整、最终达成钻探目标的整个过程（图 6）。尤其是科学家和技术人员的默契配合以及流程化的作业方式，给我留下了深刻印象。这些都让我极大地开拓了视野，结识了很多朋友，也为接下来的合作研究奠定了坚实基础。希望越来越多的同仁志士能够加入到大洋钻探的科学事业中来，也希望我们中国能够尽快建成我们自己的大洋钻探船，共同引领全球大洋钻探的未来发展。在航次接近尾声的时候，船上科学家们还通过不记名、两轮投票的方式，公平民主地选定了IODP 397航次后会议的召开地点：中国青岛（图 7）。预祝IODP 397航次后研究取得丰硕成果，也期待朋友们再度相聚！

图7. a) IODP397航次上的中国科学家（从左至右）：古地磁学家宣闯、地球化学家吴家望、沉积学家于际民、沉积学家庞晓雷；b) 船上科学家经过两轮不记名票选选定IODP397航次后会议的地点：中国青岛。

庞晓雷老师分享参加航次感想

船上工作。我作为沉积学家在岩芯描述组工作，船上还有古生物组、古地磁组、地球化学组，物理性质组和地层组，岩芯描述组是船上人数最多的组，由8人组成，又分为白班和夜班两个小组，每组4人，每个班12小时，两班倒，我在白班，工作时间是中午至凌晨（12:00-00:00）（图8）。岩芯描述组主要负责描述岩芯，包括钻探过程中对沉积物扰动程度、沉积物颜色、物质组成、结构和微观构造、沉积物表面展现的生物化石、生物遗迹和自生矿物等。除此之外，我们还会制作沉积物样品薄片，在显微镜帮助下确定沉积物组成。同时还要对岩芯进行高清图像扫描，测试岩芯物理性质（如磁化率和颜色反照率），取沉积物样品给地球化学组进行碳酸钙浓度和XRD矿物成分分析，以及根据需要对某些特殊岩芯剖面进行XRF扫描测试等，最终根据这些初步结果撰写每个站位的初始报告。

图8. 左：岩芯描述组所有人的集体合影，右：岩芯描述组白班成员的合影 

 “无趣”和“有趣”的岩芯。从深海获取的岩芯切开后，新鲜剖面经常展现出不同特征，每当这时我们大家都会聚在一起观察和讨论。研究区通常所取的岩芯呈现不同程度的灰色，没有特别多的显著特征，略显“无趣”，但这种无趣反而说明沉积后期保存环境稳定，没有受到沉积后构造活动影响，成为重建可靠和高分辨气候信号的保障。但有时也会呈现出一些“有趣”的沉积特征，在首个站位U1586，有岩芯切开后呈现出心形（图9），我们研究人员爱沉积物，而沉积物回报了爱心给我们，这种结构是松软沉积物在后期畸变导致，无论是何种原因导致的畸变，这种构造都给后期地层对比带来一些困难。除此之外，U1586站位各孔位获取的最后几个岩芯更是展现出了多变的颜色和岩性变化，夺人眼球，首席科学家David Hodell说他原本预想本航次的沉积物会很“无趣”，没想到会看到这样多变的沉积物，不过他更喜欢看到表面“无趣”的沉积物，后续几个站位再没看到这样变化巨大的沉积物序列，大家很开心，因为“无趣”是件好事，想要从沉积物中可靠的重建高分辨率气候变化信号需要依赖那些“无趣”的岩芯。

图9. 看上去“有趣”的岩芯 

“磁化率峰”和“狩猎硅藻”。岩芯描述组除了用肉眼观察描述岩芯之外，还会测试岩芯的磁化率和颜色反照率，通常这两种物理量都呈现出有规律的周期变化。在U1586站位上新世的一段岩芯却表现出极高的磁化率峰值，其最高值是整个钻孔350余米长记录平均值的3-5倍，在第一个钻孔时并未引起注意，接下来在同一站位的其余钻孔相同深度处都发现了同样的磁化率峰值，表明这至少是一个区域事件，更为有趣的是，磁化率峰值段的沉积物与周围沉积物相比没有任何特殊的地方，这一度在船上引起了热烈讨论，提出了很多种猜想，但由于船上研究手段的限制，解决这一谜题还得需航次后的进一步研究。硅藻是海洋中一种最常见的浮游藻类，但在本航次的沉积物中极为少见。岩芯描述组每个岩芯会制作至少两个沉积物薄片，以在显微镜下确定沉积物的具体组成成分，同时还会记录薄片下看到的自生矿物以及生物质成分，但直到进行到第二个站位U1587，在观测过上百个沉积物薄片后才第一次发现了硅藻的踪影，物以稀为贵，在我们岩芯描述组内部逐渐形成了看谁能找到硅藻的“狩猎”行动，成为了紧张工作之余的乐趣，而随着发现硅藻的增多，我们的眼睛也逐渐能仅从沉积物外观上就判断出其是否含有硅藻。

船上生活。在船上可以看到大海在不同时间不同天气下呈现出的不同颜色，与天边多变的云彩常常构成另人沉醉的美丽景象（图10），特别是在日出和日落时分，尽管我们岩芯描述组工作量很大，我们白班组还是错开时间使每个人每天都有两到三次去室外呼吸新鲜空气、晒晒太阳，欣赏大海美景的休息时间。船上的饭菜非常美味，每六个小时就有一餐，随时都有水果、甜点和冰激凌，上过船的人应该都不会忘记每周六才有的“Lava Cake”，以及室外烧烤和各种主题餐（图11）。我们在海上并不孤独，有很多海洋生物会不时的来访问我们，在第一个站位最先看到的是称为Mahi-Mahi的鱼，其学名叫鲯鳅，在水下反射太阳光会呈现出非常亮的蓝色和绿色，随着航次的进行，我们不断向陆地靠近，海洋生物也多了起来，会不时看到鲸鱼、海豚和海鸥。

图10. 船外风景

图11 室外烧烤（左）和“Lava Cake”（右）

航次感想。海上工作的两个月虽然辛苦，却在短时间内增长了大量知识和见识，特别是当见过上千米长在不同气候条件和海洋环境下沉积的深海岩芯剖面后，对海洋沉积学知识有了更鲜活的认识，对从深海沉积物中重建的各种气候指标有了更深入的理解。在和船上来自不同国家科学家朝夕相处的日子里建立了深厚友谊，也为未来的合作研究打下了坚实基础。可以预见的是，IODP 397航次在伊比利亚边缘海区不同站位不同水深获取的累计6000多米长的岩芯，将在航次后5至10年甚至更久的研究时间内持续提供不同时间尺度不同圈层的气候变化信息，为理解地球气候变化历史并揭示其背后的机制提供新证据和新认识。

最后，感谢中国IODP提供的宝贵机会，感谢中国IODP办公室的支持和帮助！

撰稿 | 吴家望 庞晓雷

编辑 | 李阳阳