国际大洋发现计划成功获取地幔岩石样本

近期,国际大洋发现计划(IODP)的JOIDES Resolution海洋钻探船在大西洋中部的海床下成功采集到地幔岩石样本,并且许多样品结构完整。该发现有望为地球地质构造、岩浆及火山活动、远古生命起源以及地球物理等研究领域开启新篇章。

IODP国际大洋发现计划,2013-2023

2013年10月起,综合大洋钻探计划将进入全新阶段,并改名为国际大洋发现计划,英文简称仍为IODP。与综合大洋钻探计划相比,新十年的IODP不局限于钻探一种手段,更加:强调科学新意、突出社会需求;新计划以探索深部了解整个地球系统为目标、以预测未来为己任,展示了海洋科学、乃至地球最前沿的诱人前景;在技术上发展新手段,不再以“钻探”为限,比如海底井下观测预警、海底微生物的检测培育、和钻穿地壳探索上地幔等新挑战。

IODP国际大洋发现计划,2013-2023

2013年10月起,综合大洋钻探计划将进入全新阶段,并改名为国际大洋发现计划,英文简称仍为IODP。与综合大洋钻探计划相比,新十年的IODP不局限于钻探一种手段,更加:强调科学新意、突出社会需求;新计划以探索深部了解整个地球系统为目标、以预测未来为己任,展示了海洋科学、乃至地球最前沿的诱人前景;在技术上发展新手段,不再以“钻探”为限,比如海底井下观测预警、海底微生物的检测培育、和钻穿地壳探索上地幔等新挑战。

国际大洋科学钻探的数据资源与共享现状

国际大洋科学钻探可以追溯到20世纪60年代的"莫霍钻"计划。在50余年的历史中,经历了深海钻探计划、大洋钻探计划、综合大洋钻探计划和国际大洋发现计划四个阶段,执行了300多个航次的洋底钻探任务。所获得的海量、珍贵的洋底数据,如今保存在多个数据库中。这些数据包括了测井信息、岩芯基概况信息、物理属性信息、化学属性信息、岩石特征、古生物化石内容等观测和实验分析结果,数据量巨大。这些数据还通常附于相关的大洋钻探出版物中发表,部分被相关专业数据库收录。总体来看,大洋钻探目前的数字化工作存在多个数据库间数据类型不匹配和数据检索方式单调等问题,不利于后续对于数据的再挖掘和利用。未来需要重视综合性大数据平台的建设,将不同来源、不同类型的多源异构数据有效融合,互联互通,并充分利用已有的大数据技术手段支撑相关的科学研究。

《大洋钻探-探索地球》--面向2050大洋钻探科学框架发布

科学计划是指导大洋钻探运行的指南,由国际科学界共同讨论制定。当前的国际大洋发现计划(IODP)(2013-2023)已经执行过半,按照大洋钻探的传统,一般提前数年就开始讨论下一阶段的科学计划,提出新的前沿科学问题,引入先进的工程技术和装备,同时调整组织运行方式以适应新的形势,制定既反映学术前沿又切实可行的新科学计划。2019年2-8月,IODP各主要成员国美、日、欧、中和澳新连续组织了5次学术研讨会,研讨2023年后的大洋钻探。在此基础上,国际上成立了美、日、欧、中和澳新等各成员国科学家组成的国际团队,组织编写面向2050大洋钻探科学框架。

南海IODP 367-368钻探区深地震探测的OBS站位设计分析

借助于国际大洋发现计划平台,于2017年2月—6月间在南海实施第三次科学钻探(IODP 367-368航次)。海底地震仪(OBS)深地震探测和国际大洋发现计划(IODP)钻探成果相结合,可以对南海北部洋陆转换带(COT)边界及地质属性的确定提供更好、更全面的深部地质过程解释。文章基于IODP 367-368钻探提出的三种可能设想(下地壳出露、最老洋壳出露、上地幔出露),分别建立了三种初始速度模型。利用Rayinvr及Tomo2d软件,对每一种初始模型分别开展了不同OBS间距的射线追踪和走时模拟测试对比,以及模型的分辨率测试。测试结果表明:OBS间隔为7km比间隔为10km具有更好的射线路径与密度覆盖;对于上地幔出露模型,需要足够长的探测测线(>100km),才能有效得到30km深处信息;分辨率测试说明,OBS间距需要设置小于或等于7km时,才能有效分辨20km速度异常体(即模糊带)。

晚始新世-渐新世东南印度洋沉积物源-汇过程及其古气候指示意义

晚始新世-渐新世期间南大洋及其周边地区的古气候响应研究有助于我们更好地认识地质历史上的重大气候转型机制和预测未来地球系统对于气候突变的响应,然而迄今为止,仍缺乏对该区域周边陆地的古气候响应研究。基于国际大洋发现计划(IODP)369航次U1516站位深海沉积物的年龄框架以及常量、微量和稀土元素组成,确定了该沉积物主要来源于澳大利亚西南部大陆,进而重建了构造时间尺度上物源区的化学风化历史。在此基础上,探讨了晚始新世-渐新世气候转折期南大洋周边大陆的古气候演化过程及其对于全球气候变化和区域古地理改变的响应。在始新世-渐新世转折期[34.1,33.6)Ma和[31.3,29.8)Ma期间,物源区的古气候主要受控于邻近区域古地理格局重大变化的影响,具体表现为气候条件趋于干冷和陆表化学风化强度降低的特征。在[33.6,31.3)Ma和[29.8,25.2]Ma期间,物源区的古气候则主要响应全球气候的变化,在前一阶段由干冷向湿热转变,而陆表化学风化强度相应增高;在后一阶段,气候保持在相对稳定的干冷状态,陆表化学风化强度也较弱。

多国科研人员联合开展古海洋学科考

在国际大洋发现计划(IODP)框架下,近期,来自中国、日本、澳大利亚、印度、美国、德国、西班牙、法国、葡萄牙和英国等十个国家的26名科研人员,从葡萄牙里斯本出发,乘坐JOIDES Resolution钻探船,共同开展“伊比利亚半岛边缘的古海洋学”(EXP397)科考任务。本次科考任务由葡萄牙海洋与大气所和英国剑桥大学的科研人员共同领导,时间将持续到2022年12月。

全球科技要闻

美国,美国南达科他州地下约1500米深的一处废弃金矿里,有着目前最大、最灵敏的暗物质探测器LUX-ZEPLIN(LZ)。然而,根据LZ团队的最新报告,依然没有发现弱相互作用大质量粒子(WIMP)的任何迹象。大西洋,国际大洋发现计划(IODP)从北大西洋中部的海底向下钻探,获取了长达1268米的地慢岩芯,这是迄今最长的地慢岩芯样本。科学家最近发表了对岩芯的初步分析结果,这份宝贵的材料提供了大量地慢演变的信息。

极地地质钻探研究进展与展望

南北极在全球海平面变化和碳循环中扮演着关键角色,并蕴藏着地球如何从新生代初期的温室转向现代冰室演变过程的关键信息,因而成为地球科学研究的热点地区。极地地质钻探计划(如DSDP/ODP/IODP/ICDP)研究所取得的成就令人瞩目,刷新了人类对过去全球变化的认识,成为探究地球气候系统演化的一个窗口。通过这些钻探计划,发现了新生代以来气候变冷,南北极冰盖几乎同时形成;揭示了南极冰盖形成和陆地风化的加剧,导致南极中深层水和底层水的生产加速并向北推进,造成全球大洋环流的重大变化;南大洋对大气CO_2的调控作用、全球大洋深部循环、营养盐的分布和海洋生产力等多方面在不同时间尺度上都发挥着重要作用;检验了南北极冰盖形成和消融与海平面变化的关系,为人类预测未来海平面变化提供了历史依据。未来的南北极国际大洋发现(IODP)计划将继续关注于极地冰盖的演变历史、南大洋古海洋学演变历史,追踪北极海—陆环境的联系及其对全球气候的影响。这些结果将对未来全球气候预测提供重要的参考和边界条件。

解读过去、预告未来:IODP气候与海洋变化钻探研究进展与展望

2013年启动的国际大洋发现计划(IODP)针对当前大气温室气体浓度急剧升高和全球变暖的气候变化现状,提出全球气候对CO2增高的响应、冰盖和海平面对全球变暖的响应、中—低纬水文循环的变化机制以及海洋碳化学体系的缓冲能力等4个科学挑战。截至2017年8月已经完成的8个IODP气候变化主题航次聚焦于亚洲—太平洋—印度洋区域的季风过程和西太平洋暖池的新生代演变,着重探索轨道—千年尺度上亚洲季风系统的变化特征和主导机制,以及构造时间尺度上亚洲季风与青藏高原隆升和剥蚀的动力联系。未来2年IODP将瞄准南半球高纬的冰盖、海冰、洋流和碳循环等气候因子,重点考察新生代西南极冰盖和海冰变化、白垩纪和古近纪南大洋的海洋环流和碳循环等。因此,IODP旨在深入探索以亚洲季风和西太平洋暖池为代表的热带海洋气候过程和以西南极冰盖为代表的高纬气候因子在多种时间尺度上的演变,为认识当前气候变化、预测未来气候趋势提供自然变化的科学依据。中国的优势在于全球季风概念和热带驱动假说方面的研究,特别是巽他陆架的气候效应。

中新世澳大利亚西南部气候演化过程及其主要控制因素

当前,南极冰盖的季节性消融与扩张影响着西风带的位置、西风的强度以及澳大利亚西南部的降水和陆表风化剥蚀.中新世是地球气候系统从温室向冰室过渡的重要时期,期间伴随着东南极冰盖的大规模消融与扩张以及最终永久性冰盖的形成,且当时的澳大利亚较现今更接近南极地区,进而使其成为研究大气圈、水圈、岩石圈和冰冻圈间耦合关系的理想靶区.基于对国际大洋发现计划369航次U1516站位沉积物碎屑态组分物质堆积速率、粒度、黏土矿物和元素组成的综合性测试分析,我们重建了中新世构造时间尺度上澳大利亚西南部的陆表风化剥蚀与气候演化历史:早、中中新世(22~12.7Ma)时澳大利亚西南部气候干燥,陆表风化作用弱,陆源物质向海洋的输送量小;12.7~8Ma时澳大利亚西南部降水增多,陆表风化作用增强,河流入海量增加.这与前人在附近站位的研究结果非常一致,可能指示着:中中新世气候转型期(约14.8~12.8Ma)东南极冰盖扩张,南半球表层海水温度持续下降,促进了南极周边地区海冰的发育,使得西风带位置北移且西风强度增强,进而为澳大利亚西南部带来更多的降水.另外,我们还发现中新世南亚季风与西风带的演化同步,表明当时的南亚季风系统也可能受到了南半球高纬信号的影响,据此推测永久性东南极冰盖形成(约12.8Ma)之后深海温度的明显下降和经、纬向表层海水温度梯度的扩大在南极信号向低纬传递过程中发挥了重要作用.

4Ma来澳大利亚西海岸带的环境变化历史及其与印尼贯穿流的联系

印尼贯穿流在热带甚至全球气候系统的变化中起着重要的作用，而澳大利亚西海岸带（西澳海岸）是研究印尼贯穿流变化历史的理想地区。本次研究通过国际大洋发现计划（IODP）356航次沉积岩芯的基于长链烯酮和正构烷烃指标，重建了4百万年（Ma）来低分辨的西澳海岸南北区域的海表温度、长链烯酮生产藻种属和陆源高等植物输入的演变历史，从而分析区域气候的时空变化趋势，及其与印尼贯穿流强度变化的相关性。结果表明，2～4Ma西澳海岸表现出海表温度逐步下降的趋势以及几个较为明显的降温事件，与临近海域温度数据以及全球底栖有孔虫的δ18O曲线有着较好的对应。1Ma以来西澳海岸整体升温，这可能与印尼贯穿流的开启和增强带来的区域升温相关。长链烯酮C37／C38比值表明，1—4Ma西澳海岸南、中、北部站位的长链烯酮生产藻基本没有交流，而0～1Ma交流较为剧烈。这种现象与印尼贯穿流强度的变化相符，表现为贯穿流强度越强交流越明显。4Ma以来，西澳海岸南、北站位的陆源高等植物输入历史表现出相反的变化特征，这种差异性可能由不同环境对不同区域性气候的复杂响应模式所致。通过中部和北部站位的数据，我们进一步探讨了季风影响下的澳大利亚大陆干湿情况和印尼贯穿流变化的关系。结果表明，2～2．5Ma印尼贯穿流的减弱或者关闭降低了整个澳大利亚大陆的湿度，但0～1Ma印尼贯穿流的增强并未导致澳大利亚大陆的湿润，这种现象可能表明了该区域不同时期的气候驱动机制的改变。