航次介绍

IODP 385 航次报告(1)

 

报告人:姜仕军

暨南大学

 

 

 

(一)航次科学目标及本人工作

 

       IODP(国际大洋发现计划)385航次研究地点位于太平洋东部加州湾瓜伊马斯盆地,这是一个兼具活动海底扩张和有机质快速沉积特征的年轻大陆边缘裂谷盆地。本航次主要科学目标是通过超高分辨率的沉积记录,结合地震剖面和测井数据,研究岩浆、沉积、流体等过程对微生物活动和碳循环的影响。海底扩张岩浆上涌侵入上覆沉积物,形成玄武质岩床,并创造出一个高地温梯度和化学梯度的动态环境,增强沉积物中微生物的活性,加快沉积有机物分解释放出小分子化合物。这一系列过程深刻影响岩石、海水、大气之间的物质和热量交换,决定循环碳的过程和速度。

       385航次是我第四次作为船上科学家参加大洋钻探航次。作为微体古生物学家(钙质超微化石),分别参加2002年的ODP 206航次(东太平洋)、2009年的IODP 319航次(西太平洋日本海槽)以及2017年的IODP 368航次(南海);此外还参与了IODP 313航次的前期工作。这些经历为参加IODP航次提供了很好的经验和借鉴。特别是,我自1994年起一直从事钙质超微化石方面的研究,其中在中国海洋石油南海东部公司工作的6年期间和近几年工作中,完成南海北部大陆架30多口钻井的生物地层;随后在美国学习和工作近10年,对世界各大洋中、新生代沉积物和墨西哥湾油气勘探开发钻井做了大量的生物地层工作;2010年回国工作后专注于多个IODP航次样品和我国西藏新疆白垩纪、古近纪生物地层。这些工作经历和经验使我充满信心,能够作为中国科学家的一份子,出色圆满地完成航次任务,展示中国科学家求真务实的精神面貌和严谨扎实的学术水平。

       作为385航次船上古生物学家,我的主攻方向是钙质超微化石,主要通过现场鉴定微体古生物化石,确定沉积物形成的地质年代和沉积速率。同时,由于我有多次参加IODP航次的经历,我被任命担任船上古生物组的负责人,除了完成古生物学家的本职工作外,还要承担指导、帮助和协调小组成员开展工作,把关质量,撰写报告等任务,比前几次参加航次要更忙碌,责任也更重。

       这个航次钻探了8个站位,每个站位2-3个钻孔(1548站位多达5个钻孔),每天要日报,每周要周报,每个站位要站位报告和口头汇报。这些工作要求我们在“获得沉积物、制片、镜下鉴定、得出结论、撰写报告”等环节都要保持迅速、准确、高效。而我们古生物组由来自中国、美国、墨西哥的四名科学家组成,存在较大的语言、习惯、经验等方面的差异,组内的协调和配合非常重要。我根据自己的经历提出,参加航次是人生非常宝贵和难得的经历,完整地体验这个过程非常重要和值得,得到大家的认同。随后本着公平的原则,把日报、周报、站位报告等工作分配到具体人负责,其他人提修改意见和建议;鼓励主动站出来承担工作。这样,每个科学家都能在各个环节获得培训和经验,有助于在今后航次中做出更大的贡献。这个方法使我们古生物组的工作进度和质量始终走在最前列,得到了首席科学家和staff scientist的表扬。

 

(二)决心号的工作及生活

 

       古生物学家的主要研究材料是每个岩芯(core)最底部捕芯器(core catcher)中的样品,在几乎所有的DSDP、ODP、IODP航次中,这些样品最早地得到分析研究。随着“Core on deck!”的广播,整个实验室的技术人员和科学家迅速进入忙碌的工作状态。由于微生物学是一个核心内容,每个站位的第二个钻孔主要用于微生物采样,岩芯取上来以后需要立即切割,迅速放置于充满氮气的冷冻箱里保存。按照大洋钻探的传统,core catcher样品一般需要古生物学家在1-2小时内完成样品处理制片、镜下化石观察与鉴定、地质年代确定等工作,提供的地质年代是古生物学家与其他专家交流的最重要数据。

       古生物学家主要根据生物在演化发展过程中具有阶段性和不可逆性原理,对地层进行划分和对比。由于生物的生存与发展必须适应环境的变化,因此不同时代地层含有不同的生物化石组合。其中,标准化石(index fossil)由于存在的地质时间短(演化迅速),数量众多,地理分布广,因此成为地层划分对比的最主要手段。因此,无论岩石类型是否相同,地理距离如何遥远,只要所含的标准化石或化石组合相同,它们的地质年代就被认为是相同或大体相同的。本航次钻探地点三面接陆,周边大陆架窄,科罗拉多河和墨西哥多条河流冲刷侵蚀白垩纪和古近纪海相地层的陆地露头,搬运带来大量的陆源物质和再沉积化石;同时,海底浊流和地震引发的滑塌也会造成老地层中的化石出现在年轻的沉积物中。因此在实际工作中,除了遵循标准化石和地层叠覆律等基本原则外,还要考虑化石组合是否与所观察到标准化石指示的地质年代一致。本航次钻遇沉积物的地质年代很年轻(小于0.44 Ma),形成时间晚于最年轻的硅藻界面(0.62 Ma)和古地磁反转界面(0.78 Ma),因此地质年代的确定完全依靠超微化石。

       在这个航次取得的主要成果中,我们古生物学组发现,沉积物以含钙质超微化石的硅藻席为主,超微化石确定最老的年龄为44万年,平均沉积速率达每千年1米,高于正常深海两个数量级。这个结论与Pichevin等人利用AMS14C确定过去5万多年以来的沉积速率非常一致(Pichevin, L., et al., 2012)。

 

 

  

   

照片(左):IODP 385航次古生物学家(从左到右:暨南大学姜仕军、墨西哥国立大学Ligia Pérez Cruz教授、自然资源部第二海洋研究所冉莉华博士、美国德州农工大学John Sarao博士);照片(右):指导和示范制作沉积物涂片

 

       岩芯在分段、标记以后,迅速被转移到实验室,物性组的科学家立即开始自然伽马马、P波速度、核磁共振、X光扫描等测试。随后技术人员将岩芯切割成工作岩芯(working half)和存档岩芯(archive half),后者只用于描述随后将永久保存到IODP的岩芯库中。对于working half,沉积学家描述颜色与岩性并分析矿物组分,岩石学家确定岩石类型、名称、矿物组成等,构造地质学家测量断裂和岩脉的产状和接触关系,古地磁学家测量天然剩余磁性。古生物学家还会根据需要,从working half中额外采集牙签样品(toothpick sample),分析鉴定其中的化石,以便提高生物地层的分辨率和精度。这样,在整个岩芯实验室(core lab),每个人都有固定的工作岗位,大家既各司其职,又互相合作,共同谱写一首优美的“科学交响曲”。

 

  

 

照片(左)跟沉积学家加州州立大学Kathleen Marsaglia教授观察讨论沉积物组成;

照片(右)代表古生物组作站位科学总结报告

 

       为了最高效地利用航次时间,“决心号”上实行两班倒,每班要连续工作12个小时,工作时间长、任务重。天才的科学家和技术员们忙里偷闲,劳中作乐,尽量让每天的工作生活过得有趣。航次时间过半(hump day)聚会,每逢船上的人过生日,组织聚会是IODP的一个传统。后勤保障团队由14人组成,负责整个船上125人的日常起居、清洁卫生、洗衣做饭,每周六供应lava蛋糕(刚烤出来的巧克力蛋糕与冰淇淋搭配成“冰火二重天”),每周日在船头举办BBQ,为航次期间过生日的人精心准备生日蛋糕。船上所有人各尽其责,各取所需,组成一个微型的“共产主义社会”。

 

(三)科普教育

 

       科学意识要从娃娃抓起。科普教育可以让社会大众了解IODP,明瞭以大洋科学钻探为代表的基础科学研究对人类发展的深远意义和重要贡献,从而为IODP今后的开展争取到更多的支持和资源。因此,IODP领导层一直非常重视科普教育(OUTREACH EDUCATION)。国内在汪品先先生的大力倡导下,经过同济大学海洋与地球科学学院和中国IODP办公室的不懈努力,把海洋科普教育带到国内科研机构、大学生、中学、甚至幼儿园,这一思想和行动已经常态化。

       本航次美方派出了一个媒体宣传人Rodrigo Pérez Ortega,负责将“决心”号上开展的科学研究及时和实时地传播到世界各地。船上热爱科普的科学家也会抓住机会跟国内感兴趣的单位进行连线,开展科普活动;同时,只要有需要,船上任何科学家、技术员、船员、钻工等都非常乐意在科普连线中讲解自己在船上的工作性质,回答观众们提出的各种问题。我也多次参与这些活动,用通俗的语言讲解超微化石在海洋里的现生代表藻类,以及这类化石在地质研究中的重要作用。同时,还在船上动荡的环境下,使用高放大倍数(最高达30000倍)拍摄微小但精美的化石标本,分享给Rodrigo Pérez Ortega用于连线AGU和多个国家的科普活动。

       对未知保持好奇心是人类文明不断前进的动力。科普宣传就是利用朴素的语言,通过有趣的科学问题激起社会大众对科学的兴趣,培养孩子们对海洋科学的热爱,这是我们每个科学家的义不容辞责任。

 

 

  

 

照片(左):消防演习(左一:本航次首席科学家、美国伍兹霍尔海洋研究所Daniel Lizarralde教授;左二:本航次组织科学家、IODP航次项目主管Tobias Höfig博士);照片(右):甲板上烧烤(自左到右:河海大学颉炜教授,美国北卡大学本航次首席科学家Andreas Teske教授,姜仕军,美国媒体科普专家Rodrigo Pérez Ortega,墨西哥国立大学Ligia Pérez Cruz教授,墨西哥UABC大学Manet Peña-Salinas女士)

 

 

 

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