南极纪行 | 读取深海沉积物“地质密码”

中国第40次南极考察“雪龙”号极地考察船大洋调查获取的科学样品中，有一类是海底的沉积物样品。这些来自深海的泥巴，看上去十分普通，却记录着丰富的信息。破译其中的“地质密码”，有助于了解南极气候环境演化的机制和规律，从而预测全球气候的变化趋势。

 

考察队员肖文申来自于同济大学，是研究极地古环境的专家。他介绍，此次大洋调查地质采样主要通过两种方式，一种是箱式取样，一种是重力柱取样。

 

箱式取样是用钢缆吊着一个开口面积0.25平方米、重量约1吨的不锈钢取样箱沉入海底，依靠箱体自身的重量嵌入海底沉积物中，获取沉积物样品。箱式取样是为了获取海底的表层沉积物，这些沉积物年代较近，通过与现代沉积过程建立联系，可为破译更久远的沉积物中所蕴含的古环境信息提供依据。

 

沉积物中包含生源组分、陆源组分等。生源组分主要来自海洋生物的沉积成分，比如通过检测其中生物硅的含量，可以了解海洋中硅藻等硅质生物的繁茂程度，从而获得海洋表层生产力的变化信息。再比如，通过分析微体古生物壳体的组合以及其壳体中蕴含的化学信息，可以了解海水温度、海冰、环流特征等水文环境的变化。陆源组分即来自周边大陆的沉积成分。有的成分靠风搬运，比如南大洋海底沉积物中有来自南美巴塔哥尼亚高原的沙尘，这些沙尘为南大洋表层海洋生产力提供了营养，而来自陆源植物的孢粉则蕴含了周边大陆植被的变化信息。

 

南大洋沉积物中一个重要的陆源成分是冰山搬运的“冰筏碎屑”，来自南极大陆的岩石碎屑像是乘坐冰的筏子被运输到海洋中，在冰消融的过程中沉积在海底。通过分析冰筏碎屑的含量和成分等，可以考察南极冰盖的稳定性，研究南极冰盖对气候变化的敏感程度。

 

考察队员采集箱式取样获取的表层沉积物（王少勇 摄）

 

重力柱是一根长达数米的金属柱体，上端有铅块增重。与箱式取样原理相似，重力柱取样也是依靠自重插入海底沉积物中，获取柱状的连续的沉积物样品。其所记录的时间尺度比表层沉积物要长很多，可以反映地质历史时期气候持续变化的过程。肖文申说，重力柱取样可根据不同的科学目标，确定采样的位置。海洋中的沉积速率并非都是一致的，有的地方快，有的地方慢。因此，如果要获取高分辨率的气候记录，应选择沉积速率高的地方采样，如果要获取更长时间尺度的气候记录，可选择沉积速率低的地方。此外，海底的地形起伏，底质软硬不同。在地形平坦的地方采样可以避免滑塌事件对正常沉积的扰动；而采样区域的底质松软则有助于获取较长的柱状沉积物样品。此次大洋调查在宇航员海获取了长3.3米的柱状沉积物样品，就是选取了离冰区较远、底质松软的区域。

 

获取的柱状沉积物样品将被妥善保存，带回国内进一步分析。肖文申介绍，将柱状沉积物剖开后，会进行物理参数扫描、颜色扫描和元素扫描等处理。参数的变化反映了气候的变化。因为在不同的气候条件下，沉积物的特征不同、颜色不同，元素的分布也不同。根据其变化规律，可对沉积物的地质年代和环境变化作出基本判断，随后制订更详细的研究计划。不同的时间尺度有其对应的重要科学问题。例如末次冰期千年尺度的气候波动反映了地球气候系统内部的调控和快速反馈机制；而比当前更暖的地质历史时期，其环境特征和变化机制的过程则是我们未来气候变化的重要参考。

 

肖文申介绍，研究发现，由于极地的“气候放大效应”，极地的温度变化速率是全球温度平均变化速率的3倍。南极冰盖对全球平均温度微小的变化也非常敏感，上一次大气二氧化碳浓度达到今天这个水平的时候，是300万年前的上新世，当时全球温度比现在高2~3摄氏度，海平面比现在高20米，其中南极冰盖的融化贡献了13米。读取沉积物“地质密码”，了解地球的气候和环境变化历程，能够对人类提出警示，从而更深刻地思考地球的未来以及人类自身的命运。

 

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编辑：郭俊丽

校对：张   凡

审核：梁   忠

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