深海沉积物的故事

　　刘协鲁 陈云龙 梁涛 刘智键
　　对人类而言，海洋与人类生活息息相关。那一望无际的蓝色海洋，蕴藏着极为丰富的生物、矿产、油气等资源，给人类的生活带来的价值无可估量。但人类对于海洋，尤其是对水深超过2000米、占据海洋面积超过84%的深海区却知之甚少，甚至比不上对月球表面的了解。从古至今，人类的求知欲、探索欲不断推动着人们向更深的深海底部进军，去发现和研究深海隐藏的奥秘。要想研究深海，必不可少的一个手段，就是研究深海沉积物。
　　深海沉积物是什么
　　深海沉积物是指水深超过2000米的深海底部的松散沉积物，在大陆边缘以外的大洋盆地内广泛分布。深海沉积物主要由海洋生物遗骸、自生沉积、风生尘、火山灰、宇宙尘、陆源粘土胶体和冰阀碎屑组成。简言之，深海沉积物就是深海底的泥巴。但大家千万别小看这深海底的泥巴，它记载着地球大洋变迁的历史信息，在研究深海发展史中有着无法替代的作用。不仅如此，深海沉积物与极地冰心、黄土被称为全球气候变化的三大信息库，连续的深海沉积剖面能够在百万年时间尺度上记录丰富的气候变化信息，被越来越广泛地应用于古气候研究。
　　深海沉积物怎么获取
　　要想研究深海沉积物，必需要采取连续的、无扰动的沉积物样品。那人们是怎么穿过几千米深的海水，从深海底部表层直到下部几百米取出这些松散沉积物的呢？这就要从上世纪六十年代兴起的深海钻探（DSDP）说起。
　　当时，科学家们为了探索海洋，研发了一系列适用于海洋钻探取样的工具，其中就有专门用于采获海底沉积物样品的液压活塞取心器（APC）。与传统钻探取样不同的是，液压活塞取心器采用不回转的方式，利用泥浆压力直接将岩心管压入到海底沉积物中（图1），这样能最大限度减小对沉积物的扰动，尽可能采获原状样品。在搭载钻探船（或钻探平台）到达取样地点后，钻井工程师们开始连接钻杆直到海底，然后将取心器投放到钻杆底部，随后向钻杆中注入泥浆，泥浆的压力驱动岩心管以一定的速度压入地层实现取样。岩心管的活塞，能够排出岩心管里的水，减小岩心上的压力，以防止对岩心产生冲蚀和扰动。在完成取样后，通过绳索打捞工具将取心器打捞回钻井船，从中将沉积物样品取出后交由科学家开展后续的实验测试，进而解锁其中的奥秘。
　　深海沉积物钻探取样示意图
　　近年来，随着国内对海底沉积物钻探取样需求的增多，这种取样工艺和器具也逐渐国产化。自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所研发了泥浆静压绳索取样钻具，与国内多艘海洋钻探船进行了适配，在海洋地质调查、资源勘查、海底滑坡地质灾害调查、海洋沉积学等研究中进行了多次应用（图2）。
　　取到的基本无扰动的海底沉积物
　　深海沉积物里的秘密
　　那么，深海沉积物里到底隐藏着什么秘密，能够不断吸引人们进行取样，开展科学研究呢？其中一个重要原因，就是里面含有丰富的多金属结核、稀土元素等多种金属矿产，具有广阔的开发和利用前景。以稀土资源为例，据初步估算，仅太平洋沉积物中深海稀土的资源量就是已知陆地稀土资源量的约1000倍。深海稀土最早在2011年由日本科学家发现于太平洋，此后引起世界各国的广泛关注。
　　由于沉积速率极其缓慢（一般约为0.1厘米 10厘米/千年），深海沉积物里记录了百万年的海洋地质演化历史，这就像年轮对树的记录一样，但它的意义和影响的范围却远比年轮大得多。从深海沉积物里，科学家们能够知道在地球的某个地质历史时期，沧海怎样变成桑田，也能知道地球的气候变化。
　　以南海大洋钻探为例，自1999年在南海成功实施大洋钻探航次以来，已累计实施了5个钻探航次，采获的沉积物岩心长度超过9000米，取得了约32百万年前南海开始扩张以来连续的深海沉积，获得了深海盆完整沉积记录，为盆地演化提供了沉积证据，重建了东亚季风的演变与波动历史，揭示了构造隆升、侵蚀与风化、沉积与气候变化之间的关系。
　　深海沉积物里还有着数量巨大的生物——深部生物圈，而这是研究生命起源和进化的理想场所。随着社会和科技的发展，人们已经到访了目前已知的海洋最深处——马里亚纳海沟。这里最大深度达到10994米，被称为＂地球最深处＂，即使将世界最高峰珠穆朗玛峰放在这里，它都不能露出海面。迄今为止，只有中国、美国、日本等少数几个国家实现了对这里的探索。2020年，我国＂奋斗者号＂万米级载人潜水器成功对马里亚纳海沟坐底科考，海底扬起了大量的沉积物，科学家发现了深渊物种——沟虾。
　　在海底10000米的深海，人们在探索的同时，也发现了人类活动给海洋留下的塑料垃圾，甚至在深海沉积物中也检测出了大量微塑料。这些深海底部的垃圾在不断地警示我们，要重视海洋保护问题，而深海沉积物也在忠实地记录着人类活动对海洋的影响。