2018-01-09 | 科研部 “聚焦南科大之前沿科技”系列报道（13）—— “蛟龙”入海带来海底浊流研究新进展

2017年5月14日，深圳蛇口码头，刚刚完成中国大洋第38航次第二航段科考任务的“向阳红9号”考察船缓缓靠岸。一起载誉归来的还有我国首艘7000米级载人深潜器“蛟龙号”和本航段乘坐“蛟龙号”圆满完成多个研究潜次的科学家们。南方科技大学海洋科学与工程系教授徐景平是其中的一员。

徐景平教授多年来致力于海底浊流的研究，对于有机会乘坐“蛟龙号”深潜至几千米的海底进行海底浊流及沉积的现场观察、测量和精准获取样品，徐景平极为珍惜。因为这些观测数据和样品是传统的船载研究方法不可能做到的。

蛟龙逐梦展国之重器

“蛟龙号”是由国家高技术研究发展计划（863计划）支持，由我国自行设计、自主集成的载人深潜器。自2009年至2012年接连取得1000米级、3000米级、5000米级和7000米级海试成功，于2012年6月，在马丽亚纳海沟创造了下潜7062米的中国载人深潜纪录，也是世界同类作业型潜水器最大下潜深度纪录。“蛟龙号”可在占世界海洋面积99.8%的广阔海域中使用，对于我国开发利用深海的资源有着重要的意义。“蛟龙号”具备在深海海山、洋脊、盆地和热液喷口等复杂海底进行机动、悬停、正确就位和定点坐坡等功能；可对小区地形地貌进行精细测量；可定点获取结核样品、水样、沉积物样、生物样；可通过摄像、照相对生物和多金属结核覆盖率、丰度等进行评价等，可以有效地执行海洋地质、海洋地球物理、海洋地球化学、海洋地球环境和海洋生物等科学考察。

认识海底世界的“泥石流”——海底浊流

海底浊流又称海底沉积物重力流，类似于陆地上的泥石流或雪崩，是在重力驱动下沿斜坡远距离运动的高密度、高含沙、高流速的一种偶发性流体。浊流是陆地来源沉积物向深海输送的最重要的方式，一次大型海底浊流的沉积物搬运量可以超过全球所有河流一年入海沉积物的总和，其堆积形成的海底沉积扇是海底油气资源的重要储集层母体之一，在全球碳循环研究和油气勘探中意义重大。海底浊流也可以导致重大的海洋地质灾害，因其高流速而具备强大的破坏力，对海底设施如油气平台、海底通信电缆等构成直接的威胁。全球范围内已发生多起浊流冲断海底电缆的事件，因此，海底浊流研究是目前公认的地球科学研究中最大挑战之一。近二十年来，徐景平教授（曾任美国地质调查局研究员）对现代海底浊流的发生机制及其动力学和沉积特征进行了系统的研究，发表了一系列重要成果在地学主流期刊（Geology, Geophysical Research Letter, Journal of Geophysical Research等）。我国在海底浊流领域的研究工作开展相对较晚，大部分工作仍然是利用钻孔和地震资料研究古代浊流的沉积记录，对于现代海底浊流过程及其地貌特征研究比较缺乏。

       海底浊流广泛发生于海底峡谷，而我国南海东北部发育大量的海底峡谷，是全球公认的研究现代海底浊流过程及其沉积的最佳天然实验室，不但具备地震导致海底滑塌从而引发海底浊流的条件，更具备高泥沙浓度河流引发海底浊流的先例。由徐景平教授联合英、美、欧科学家共同发起的“全球海底峡谷联合实验计划”将南海北部海底峡谷作为全球5个典型实验场之一，开展现代海底浊流的现场观测研究，载人深潜是此类研究的最重要的手段。

“深入考察”获得重大发现

中国大洋38航次第二航段指挥部批准了徐景平教授提交的深潜研究计划，为海底浊流研究提供了两个潜次，由徐景平教授和中国海洋大学毕乃双副教授分别担任下潜科学家，于2017年5月3日和5日，分别在南海北部东沙东南和台湾峡谷执行。在累计近13个小时的海底工作中，总航程近10公里，其中包括近底测深侧扫航程3.5公里；采集大生物样品5种，在13个不同站位共获取短柱pushcore样品20管，并有全程记录的高清影像。徐景平教授团队正在分析以上数据资料和沉积物样品，辨识现代浊流活动的地貌学和沉积学直接证据，为未来南海及世界浊流观测研究关键问题的设计和研究计划的执行提供依据和指导。

图1. 获取浊流活动的地貌和沉积学证据

值得一提的是，本潜次的一个重要发现是台湾峡谷的台阶状地形跟前人的研究大相径庭。根据潜次设计，“蛟龙号”沿峡谷谷底，穿过一个“台阶状地形”(cyclic step) (Zhong et al., 2015), 进行高精度侧扫（图2）和pushcore（插管）取样。本潜次最重要的发现是这个cyclic step其实是由两个坡度非常陡的次级台阶构成，两个次级台阶地形的陡坡(lee side)坡度分别为40^o和65^o，远远大于前人根据船载多波束资料测算的坡度(Zhong et al., 2015)。这一发现对根据地形准确地推算古浊流速度和厚度等参数(Cartigny et al., 2010)至关重要，因此对研究海底浊流的沉积物输运量以及对全球碳循环的贡献具有重要意义。

图2. 台湾峡谷深潜区地形地貌特征

未来，机遇与挑战并存

谈起未来的研究工作，徐景平教授也是同样兴奋，充满期待：2018年即将开启为期五年的国家自然科学基金委重点国际合作项目，与英国科学家一起，同步开展南海马尼拉海沟与西非刚果峡谷的海底浊流研究项目；2020年计划代表南方科技大学参加为期一年的中国“蛟龙号”和新建“向阳红9号”科考船的全球航次。“希望能利用这些难得的机会，扎扎实实地做些研究工作，继续引领海底浊流研究的国际前沿，也争取为国家的海洋科学研究贡献出一份力量”，徐景平老师如是说。

进入“蛟龙”号深潜器载人舱内

徐景平教授获颁下潜证书

大洋38航次第二航段国家实验室全体参航人员

供稿：徐景平教授课题组

编辑：刘春辰

主图设计：刘春辰、丘妍