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世界上我最喜欢的地方并不是固定地点。它是 乔伊兹决议, 是一艘国际资助的研究船,其使用寿命一直在从南极深处到北极高处的移动中度过。
自 1985 年以来,对这个独一无二的远洋实验室的科学考察已钻探了 230 英里(370 公里)的深海。 沉积物和岩芯 – 长圆柱形样品,提供独特的海底视图。这些核心来自一千个不同的地点,使世界各地许多大学的科学家能够探索地球内部的变化。
他们还提供 了解地球历史的窗口. 。海底保存着一个地质图书馆,记录了数百万年的气候变化和演化。
遗憾的是,JOIDES Resolution(也称为 JR)可能已经是最后一次航行了。八月。2024 年 12 月 2 日,它停靠在阿姆斯特丹,但没有明确的途径来筹集每年运营该船所需的 7200 万美元。大部分资金来自美国美国国家科学基金会于 2023 年宣布 2024 年之后不会为 JR 提供资金 因为国际合作伙伴的捐款跟不上不断上涨的成本。工作人员已经开始 从船上拆除科学设备.
美国国家科学基金会表示,将支持利用现有岩心样本进行的持续研究,并与科学家合作规划科学海洋钻探的未来。但对我和许多其他科学家来说,与单次大地震(例如日本 2011 年的东北冲地震)造成的损失相比,JR 的运营成本显得微不足道。 估计价值2200亿美元 – 或 数万亿美元 气候变化造成的损害。海洋核心研究帮助科学家了解此类事件,以便社会能够规划未来。
漂浮实验室
没有其他船只具备 JR 的能力。该船是 469 英尺(143 米)长 – 比足球场长 50%。它有 超过 5 英里(8 公里)的钻杆 它将船与海底及其下方的各层连接起来,使其能够将岩心样本从海底采集到船上。
JR的 动力定位系统 使其能够一次精确地固定在一个位置数天或数周。世界上只有另外两艘船具备这种能力: 地球人, 日本在日本海域运营的一艘更大的船只,以及一艘名为“中国”的新型钻井船 梦乡.
我已经在 JOIDES 决议上进行了八次为期两个月的探险,主要是在两极附近的高纬度地区探索过去的气候。每趟航次约有60名科技人员和65名船员。船舶离开港口后,作业每天 24 小时不间断。我们都是 12 小时轮班工作。
这些航行可能会非常艰苦。不过,通常情况下,新的、意想不到的发现带来的兴奋,以及与其他参与者的友情,会让时间过得很快。
JR 探险的见解
早在 20 世纪 60 年代,地质学家就开始认识到地球的大陆和海洋并不是静态的。相反,他们是 移动板 在地壳和上地幔内。板块的运动,尤其是板块相互碰撞的运动,会产生地震和火山。
海洋沉积物岩心可以 穿透一英里或更远 进入地壳。它们提供了研究构造板块相互作用的持续变化、研究气候和海洋演化以及探索陆地生命极限的唯一机会。以下是这些流程的细节已开始显现的四个领域:
构造板块的形成
大洋地壳 是 根本不同 来自大陆下方的地壳。当我在 20 世纪 70 年代第一次了解它时,它的形成和结构模型很简单:
– 熔岩从海底火山链(称为洋脊)下方的岩浆室中升起。
– 它倾泻到海底,形成一种黑色的、通常呈玻璃状的火山岩,称为玄武岩。
– 在更深、缓慢冷却的岩浆室内,形成结晶矿物,形成质地类似于花岗岩的岩石。
– 数百万年来,这种新的地壳远离山脊,变得更冷、更致密。
但 JOIDES 决议检索到的核心以及使用的研究 水下机器人称为潜水器, ,透露这种观点是不准确的。例如,他们表明海水在地壳中循环,改变了地壳的成分并 海水本身的化学性质.
核心研究还表明,地幔——被认为位于地表深处的地基——在巨大的、以前未知的断层带上移动并向上延伸 到洋壳表面. 。地幔 可能为生命起源提供线索.
这些见解改变了科学家对地球结构的基本理解。
洋壳中的气候记录
我特别感兴趣的是积聚在洋壳上的沉积物。这些沉积物含有微小的浮游生物微化石,包括诸如 硅藻和颗石藻 生活在海洋表面或附近的动物。 当它们进行光合作用时, ,它们从大气中吸收二氧化碳并产生我们呼吸的一半氧气。
浮游生物的类型随海水的温度和化学成分而变化。当它们死亡并落入海底时,它们保存了过去气候的良好记录。科学家利用它们来理解 过去地球气候如何变暖和变冷.
另一个信息来源是融化的冰山中掉落的沉积物。冰川流过陆地时会带走岩石。当它们到达大海时,它们的一部分会脱落,变成冰山。当冰暴露在温暖的海水中时会融化,岩石会落入海底。这些 沉积物中的岩石沉积物 是过去温暖和寒冷气候之间转变的记录。
板材销毁与回收
太平洋的大部分地区和大西洋的一些地区位于称为 收敛边缘, ,构造板块相互挤压。这个过程迫使一些海洋地壳和沉积物进入地球,在那里融化并最终回收到新的地壳中,通常是火山。
这些边缘的巨大断层可能会引发巨大的地震,例如 2011 年的地震 东北冲地震 位于日本东海岸附近。在此类断层附近采集的岩心可以帮助科学家 了解力量 导致这些事件的原因。他们还创建了可以插入仪器的开口,以监测未来的地震。
从聚合边缘区域回收的岩心也开始揭示火山是如何形成的,以及它们如何通过以下方式调节长期气候变化: 产生二氧化碳排放.
陆地生命的极限
20 世纪 70 年代末,人们在太平洋洋壳形成的区域发现了奇异的新陆地生命形式。在板块边界,寒冷的海水通过地壳的裂缝渗透下来。在那里,它被炽热的岩浆重新加热,并通过科学家命名的开口向上喷射 热液喷口.
热水中含有矿物质,当它们接触冰冷的海水时就会冷却,并在通风口周围硬化成烟囱状结构。数百种生命形式,包括微生物、贻贝和管虫, 殖民这些结构, ,在高压和温度高达 248 华氏度(120 摄氏度)的区域附近繁衍生息。
JR 取芯随后揭示了在海洋底层深处生存的其他生命形式,在以下条件下 极度缺氧和能量匮乏. 。科学家们对这些生物体的多样性,或者它们在充满挑战的环境中生存所使用的代谢策略几乎一无所知。了解它们如何繁衍生息可以为前往其他行星的任务提供信息,例如土星的卫星土卫二和木星的卫星欧罗巴,这些行星已经 可能支持生命的地下海洋.
科学海洋钻探的下一步是什么?
美国国家科学基金会有 创建了一个委员会 考虑新钻井船应具备哪些能力,国会可能会 为额外的 JR 探险活动提供资金 2025年。鉴于科学家们对地球的历史还有多少了解,以及人类在适应气候变化方面面临的挑战,我和我的同事们希望“JOIDES Resolution”号仍能再次起航,并希望一艘新船最终将承担起它的使命。